Дослідники з Токійського університету в Японії, Корнельського університету та університету Джона Хопкінса в США та Бірмінгемського університету у Великій Британії спостерігали великий п’єзомагнетизм в антиферомагнітному матеріалі марганець-олово (Mn3Sn). Знахідка може дозволити використати цей та інші подібні матеріали в комп’ютерній пам’яті нового покоління.
Антиферомагнітні матеріали є перспективними кандидатами для майбутніх пристроїв пам’яті високої щільності з двох основних причин. Перший полягає в тому, що спіни електронів (які використовуються як біти або одиниці даних) в антиферомагнетиках швидко змінюються на частотах у терагерцевому діапазоні. Ці швидкі перевороти спіну можливі, тому що спіни в антиферомагнетиках мають тенденцію вирівнюватися антипаралельно один одному, що призводить до сильної взаємодії між спінами. Це контрастує зі звичайними феромагнетиками, які мають паралельні спіни електронів.
Друга причина полягає в тому, що хоча антиферомагнетики мають внутрішній магнетизм, створений спіном їхніх електронів, вони майже не мають макроскопічної намагніченості. Це означає, що біти можна упаковувати щільніше, оскільки вони не заважають один одному. Знову ж таки, це контрастує з феромагнетиками, які використовуються у звичайній магнітній пам’яті, які дійсно створюють значну чисту намагніченість.
Дослідники використовують добре зрозумілий ефект Холла (при якому прикладене магнітне поле індукує напругу в провіднику в напрямку, перпендикулярному як до поля, так і до потоку струму), щоб зчитувати значення антиферомагнітних бітів. Якщо всі спіни в антиферомагнітному біті повертаються в одному напрямку, напруга Холла змінює знак. Таким чином, один знак напруги відповідає напрямку «розкручування вгору» або «1», а інший знак — «розкручування вниз» або «0».
Деформація контролює зміну знака
У новій роботі команда на чолі з Сатору Накацудзі в Токійський університет вживане обладнання розробки Кліффорд Хікс та колеги по ст Бірмінгем розмістити пробу Мн3Sn під напругою. Мн3Sn є недосконалим (Вейлівським) антиферомагнетиком зі слабкою намагніченістю, і, як відомо, він демонструє дуже сильний аномальний ефект Холла (AHE), при якому носії заряду набувають компоненти швидкості, перпендикулярні до прикладеного електричного поля, навіть без прикладеного магнітного поля.
Леговані антиферомагнетики перемикаються швидше
Дослідники виявили, що, навантажуючи зразок різними ступенями, вони можуть контролювати як величину, так і знак AHE матеріалу. «З моменту відкриття AHE Едвіном Холом у 1881 році не було зроблено жодного звіту про безперервне налаштування знака AHE за деформацією», — розповідає Накацудзі. Світ фізики. «На перший погляд може здатися, що холлівська провідність, величина, яка є непарною при інверсії часу, не може контролюватися деформацією, яка є парною при інверсії часу. Проте наш експеримент і теорія чітко демонструють, що дуже маленька деформація в порядку 0.1% може контролювати не тільки розмір, але й знак AHE».
Важливий для антиферомагнітної спінтроніки
Команда каже, що можливість контролювати AHE за допомогою деформації буде важливою для так званих додатків «спінтроніки», що включають антиферомагнітні матеріали. Оскільки напівметалічний стан Вейля Mn3Sn також можна перемикати електрично, нове відкриття робить матеріал ще більш привабливим для спінтроніки, і ряд груп у всьому світі зараз працюють над виготовленням його у формі тонкої плівки.
Дана робота детально описана в Фізика природи.
