นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโตเกียวในญี่ปุ่น มหาวิทยาลัย Cornell และ Johns Hopkins ในสหรัฐอเมริกา และมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮมในสหราชอาณาจักร ได้สังเกตเห็นปรากฏการณ์แม่เหล็กพายโซแมกเนติกขนาดใหญ่ในวัสดุต้านเหล็กแม่เหล็กไฟฟ้า แมงกานีส-ดีบุก (Mn3สน) การค้นพบนี้อาจทำให้วัสดุนี้และวัสดุอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันสามารถนำไปใช้ในความทรงจำของคอมพิวเตอร์ยุคต่อไปได้
วัสดุป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีแนวโน้มว่าจะเป็นตัวเลือกสำหรับอุปกรณ์หน่วยความจำความหนาแน่นสูงในอนาคต ด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรกคือการหมุนของอิเล็กตรอน (ซึ่งใช้เป็นบิตหรือหน่วยข้อมูล) ในแอนติเฟอร์โรแมกเนติกจะพลิกอย่างรวดเร็วที่ความถี่ในช่วงเทราเฮิร์ตซ์ การหมุนกลับอย่างรวดเร็วเหล่านี้เป็นไปได้เนื่องจากการหมุนในแอนติเฟอร์โรแมกเนติกมีแนวโน้มที่จะจัดแนวขนานกัน ทำให้เกิดปฏิกิริยารุนแรงระหว่างการหมุน สิ่งนี้แตกต่างกับเฟอร์โรแมกเนติกทั่วไปซึ่งมีการหมุนของอิเล็กตรอนแบบขนาน
เหตุผลที่สองก็คือ แม้ว่าแอนติเฟอร์โรแมกเนติกจะมีสนามแม่เหล็กภายในที่สร้างขึ้นโดยการหมุนของอิเล็กตรอน แต่พวกมันแทบจะไม่มีสนามแม่เหล็กขนาดมหภาคเลย ซึ่งหมายความว่าสามารถบรรจุบิตได้หนาแน่นมากขึ้นเนื่องจากไม่รบกวนซึ่งกันและกัน อีกครั้ง สิ่งนี้แตกต่างกับเฟอร์โรแมกเนติกที่ใช้ในหน่วยความจำแม่เหล็กทั่วไป ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กสุทธิขนาดใหญ่
นักวิจัยใช้ฮอลล์เอฟเฟกต์ที่เข้าใจกันดี (ซึ่งสนามแม่เหล็กที่ใช้จะเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าในตัวนำในทิศทางที่ตั้งฉากกับทั้งสนามและการไหลของกระแส) เพื่ออ่านค่าของบิตต้านเฟอร์โรแมกเนติก หากการหมุนในบิตต้านเฟอร์โรแมกเนติกทั้งหมดพลิกไปในทิศทางเดียวกัน แรงดันไฟฟ้าของฮอลล์จะเปลี่ยนสัญญาณ สัญญาณหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าจึงสอดคล้องกับทิศทาง "หมุนขึ้น" หรือ "1" และอีกสัญญาณหนึ่งตรงกับทิศทาง "หมุนลง" หรือ "0"
การเปลี่ยนแปลงสัญญาณควบคุมความเครียด
ในงานใหม่ นำทีมโดย ซาโตรุ นาคัตสึจิ ของ มหาวิทยาลัยโตเกียว อุปกรณ์ใช้แล้วที่พัฒนาโดย คลิฟฟอร์ด ฮิกส์ และเพื่อนร่วมงานที่ เบอร์มิงแฮม เพื่อวางตัวอย่าง Mn3Sn ภายใต้ความเครียด มน3Sn เป็นแม่เหล็กต้านเฟอร์โรแมกเนติกที่ไม่สมบูรณ์ (Weyl) โดยมีสนามแม่เหล็กอ่อน และเป็นที่ทราบกันดีว่าแสดงผล Hall Effect (AHE) ที่ผิดปกติที่รุนแรงมาก ซึ่งตัวพาประจุได้รับองค์ประกอบความเร็วที่ตั้งฉากกับสนามไฟฟ้าที่ใช้ แม้ว่าจะไม่มีสนามแม่เหล็กที่ใช้ก็ตาม
สารต้านเฟอร์โรแมกเนติกที่เจือจะเปลี่ยนเร็วขึ้น
นักวิจัยพบว่า ด้วยการวางระดับความเครียดที่แตกต่างกันบนตัวอย่าง พวกเขาสามารถควบคุมทั้งขนาดและเครื่องหมายของ AHE ของวัสดุได้ “นับตั้งแต่การค้นพบ AHE โดย Edwin Hall ในปี 1881 ยังไม่มีรายงานใด ๆ เกี่ยวกับการปรับสัญญาณ AHE อย่างต่อเนื่องตามความเครียด” Nakatsuji กล่าว โลกฟิสิกส์. “ตั้งแต่แรกเห็น อาจดูเหมือนว่าค่าการนำไฟฟ้าของฮอลล์ ซึ่งเป็นปริมาณที่แปลกภายใต้การกลับตัวของเวลา ไม่สามารถควบคุมโดยความเครียดได้ ซึ่งแม้จะเป็นการกลับตัวของเวลาก็ตาม อย่างไรก็ตาม การทดลองและทฤษฎีของเราแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าความเครียดที่มีขนาดเล็กมากในระดับ 0.1% สามารถควบคุมได้ไม่เพียงแต่ขนาดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสัญญาณของ AHE ด้วย”
สิ่งสำคัญสำหรับสปินทรอนิกส์ต้านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
ทีมงานกล่าวว่าความสามารถในการควบคุม AHE โดยใช้ความเครียดจะมีความสำคัญสำหรับสิ่งที่เรียกว่า "spintronics" ที่เกี่ยวข้องกับวัสดุต้านแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากสถานะกึ่งโลหะไวล์ของ Mn3Sn สามารถเปลี่ยนด้วยระบบไฟฟ้าได้ การค้นพบครั้งใหม่ทำให้วัสดุนี้น่าสนใจยิ่งขึ้นสำหรับ Spintronics และกลุ่มต่างๆ ทั่วโลกกำลังทำงานเพื่อประดิษฐ์มันในรูปแบบฟิล์มบาง
ผลงานปัจจุบันมีรายละเอียดใน ฟิสิกส์ธรรมชาติ.
