Oamenii de știință descoperă o nouă formă de magnetism, a treia, care ar putea fi „veriga lipsă” în căutarea supraconductivității

Cercetătorii au obținut primele dovezi concludente ale unei a treia clase evazive de magnetismnumit altermagnetism. Descoperirile lor, publicate pe 11 decembrie în jurnal Naturăar putea revoluționa designul noilor dispozitive de memorie magnetică de mare viteză și ar putea oferi piesa de puzzle lipsă în dezvoltarea de mai bune supraconductoare materiale.

„Am avut anterior două tipuri bine stabilite de magnetism”, autorul studiului Oliver Aminun cercetător postdoctoral la Universitatea din Nottingham din Marea Britanie, a declarat pentru Live Science. „Ferromagnetismul, în care momentele magnetice, pe care le poți imagina ca niște mici săgeți ale busolei pe scara atomică, toate indică în aceeași direcție. Și antiferomagnetismul, unde momentele magnetice învecinate indică în direcții opuse — poți să-ți imaginezi asta mai mult ca o tablă de șah de alternând plăci albe și negre.”

Învârtirile electronilor în cadrul unui curent electric trebuie să indice una dintre cele două direcții și se pot alinia cu sau împotriva acestor momente magnetice pentru a stoca sau transporta informații, formând baza dispozitivelor de memorie magnetică.

O nouă formă de magnetism

materiale altermagnetice, teoretizat pentru prima dată în 2022au o structură care se află undeva la mijloc. Fiecare moment magnetic individual indică în direcția opusă vecinului său, ca într-un material antiferomagnetic. Dar fiecare unitate este ușor răsucită în raport cu acest atom magnetic adiacent, rezultând unele proprietăți asemănătoare feromagnetice.

Prin urmare, altermagneții combină cele mai bune proprietăți ale materialelor feromagnetice și antiferomagnetice. „Beneficiul feromagneților este că avem o modalitate ușoară de citire și scriere a memoriei folosind aceste domenii în sus sau în jos”, coautor al studiului. Alfred Dal Dinun doctorand tot la Universitatea din Nottingham, a declarat pentru Live Science. „Dar pentru că aceste materiale au un magnetism net, această informație este, de asemenea, ușor de pierdut prin ștergerea unui magnet peste ele.”

Înrudit: „O forță mai puternică decât gravitația în Pământ”: cum s-a blocat magnetismul în interiorul planetei noastre

În schimb, materialele antiferomagnetice sunt mult mai dificil de manipulat pentru stocarea informațiilor. Deoarece au un magnetism net zero, informațiile din aceste materiale sunt mult mai sigure și mai rapid de transportat. „Altermagneții au viteza și rezistența unui antiferomagnet, dar au și această proprietate importantă a feromagneților numită ruperea simetriei de inversare a timpului”, a spus Dal Din.

Această proprietate de îndoire a minții privește simetria obiectelor care se deplasează înainte și înapoi în timp. „De exemplu, particulele de gaz zboară în jur, ciocnind aleatoriu și umplând spațiul”, a spus Amin. „Dacă derulezi timpul înapoi, acel comportament nu arată deloc diferit.”

Aceasta înseamnă că simetria este conservată. Cu toate acestea, deoarece electronii posedă atât un spin cuantic, cât și un moment magnetic, inversarea timpului – și, prin urmare, direcția de deplasare – inversează spinul, ceea ce înseamnă că simetria este întreruptă. „Dacă te uiți la acele două sisteme de electroni – unul în care timpul progresează normal și unul în care ești în derulare înapoi – ele arată diferit, așa că simetria este întreruptă”, a explicat Amin. „Acest lucru permite să existe anumite fenomene electrice”.

Găsirea „veriga lipsă” a supraconductivității

Echipa — condusă de Peter Wadleyprofesor de fizică la Universitatea din Nottingham – a folosit o tehnică numită microscopia electronică cu fotoemisie pentru a vizualiza structura și proprietățile magnetice ale telururii de mangan, un material despre care se credea că este antiferomagnetic.

„Diferitele aspecte ale magnetismului devin iluminate în funcție de polarizarea razelor X pe care o alegem”, a spus Amin. Lumina polarizată circular a dezvăluit diferitele domenii magnetice create de ruperea simetriei inversării timpului, în timp ce razele X polarizate orizontal sau vertical au permis echipei să măsoare direcția momentelor magnetice pe tot materialul. Combinând rezultatele ambelor experimente, cercetătorii au creat prima hartă a diferitelor domenii și structuri magnetice dintr-un material altermagnetic.

Cu această dovadă a conceptului, echipa a fabricat o serie de dispozitive altermagnetice prin manipularea structurilor magnetice interne printr-o tehnică de ciclizare termică controlată.

„Am reușit să formăm aceste texturi de vortex exotice atât în ​​dispozitive hexagonale, cât și triunghiulare”, a spus Amin. „Aceste vârtejuri câștigă din ce în ce mai multă atenție în spintronica ca potențiali purtători de informații, așa că acesta a fost un prim exemplu frumos despre cum să creați un dispozitiv practic.”

Autorii studiului au spus că puterea atât de a imaginea, cât și de a controla această nouă formă de magnetism ar putea revoluționa designul dispozitivelor de memorie de ultimă generație, cu viteze operaționale crescute și rezistență sporită și ușurință în utilizare.

„Altermagnetismul va ajuta, de asemenea, la dezvoltarea supraconductivității”, a spus Dal Din. „De mult timp, a existat o gaură în simetriile dintre aceste două zone și această clasă de material magnetic care a rămas evazivă până acum se dovedește a fi această verigă lipsă din puzzle”.

Victoria Atkinson este o jurnalistă științifică independentă, specializată în chimie și interfața acesteia cu lumea naturală și cea creată de om. În prezent, cu sediul în York (Marea Britanie), ea a lucrat anterior ca dezvoltator de conținut științific la Universitatea din Oxford, iar mai târziu ca membru al echipei editoriale Chemistry World. De când a devenit freelancer, Victoria și-a extins atenția pentru a explora subiecte din toate știința și a lucrat, printre altele, cu Chemistry Review, Neon Squid Publishing și Open University. Ea are un doctorat în chimie organică la Universitatea din Oxford.