16:18 2024-02-14 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Altermagnetism: Un nou tip de magnetism, cu implicații largi pentru tehnologie și cercetare

_ Altermagnetism: un nou tip de magnetism, cu implicații largi pentru tehnologie și cercetare

Acum există o nouă adăugare la familia magnetică: datorită experimentelor de la Swiss Light Source SLS, cercetătorii au dovedit existența altermagnetismului. Descoperirea experimentală a acestei noi ramuri a magnetismului este raportată în Natură și semnifică o nouă fizică fundamentală, cu implicații majore pentru spintronica.

Magnetismul este mult mai mult decât lucruri care se lipesc de frigider. Această înțelegere a venit odată cu descoperirea antiferomagneților în urmă cu aproape un secol. De atunci, familia materialelor magnetice a fost împărțită în două faze fundamentale: ramura feromagnetică cunoscută de câteva milenii și ramura antiferomagnetică.

S-a făcut dovada experimentală a unei a treia ramuri a magnetismului, numită altermagnetism. la Swiss Light Source SLS, printr-o colaborare internațională condusă de Academia Cehă de Științe împreună cu Institutul Paul Scherrer PSI.

Fazele magnetice fundamentale sunt definite de aranjamentele spontane specifice ale momentelor magnetice — sau spinurilor electronilor. —și a atomilor care poartă momentele în cristale.

Feromagneții sunt genul de magneți care se lipesc de frigider: aici rotiri indică în aceeași direcție, dând magnetism macroscopic. În materialele antiferomagnetice, învârtirile indică în direcții alternative, astfel încât materialele nu posedă magnetizare netă macroscopică și, prin urmare, nu se lipesc de frigider. Deși au fost clasificate și alte tipuri de magnetism, cum ar fi diamagnetismul și paramagnetismul, acestea descriu răspunsuri specifice la câmpurile magnetice aplicate extern, mai degrabă decât ordonările magnetice spontane în materiale.

Altermagneții au o combinație specială de aranjarea spinurilor și simetrii de cristal. Rotirile alternează, ca în antiferomagneți, rezultând nicio magnetizare netă. Cu toate acestea, mai degrabă decât să se anuleze pur și simplu, simetriile dau o structură de bandă electronică cu polarizare puternică de spin, care se rotește în direcție pe măsură ce treceți prin benzile de energie ale materialului - de unde și numele de altermagneți. Acest lucru are ca rezultat proprietăți extrem de utile, mai asemănătoare cu feromagneții, precum și unele proprietăți complet noi.

Acest al treilea frate magnetic oferă avantaje distincte pentru domeniul în curs de dezvoltare al tehnologiei de memorie magnetică de ultimă generație, cunoscută sub numele de spintronica. În timp ce electronica folosește doar sarcina electronilor, spintronica exploatează și starea de spin a electronilor pentru a transporta informații.

Deși spintronica a promis de câțiva ani că va revoluționa IT, este încă la început. În mod obișnuit, feromagneții au fost utilizați pentru astfel de dispozitive, deoarece oferă anumite fenomene fizice puternice dependente de spin extrem de dorite. Cu toate acestea, magnetizarea rețelei macroscopice, care este utilă în atât de multe alte aplicații, pune limitări practice asupra scalabilității acestor dispozitive, deoarece provoacă diafonie între biți - elementele care transportă informații în stocarea datelor.

Mai recent, antiferomagneții au fost investigate pentru spintronica, deoarece beneficiază de a nu avea magnetizare netă și oferă astfel ultra-scalabilitate și eficiență energetică. Cu toate acestea, efectele puternice dependente de spin, care sunt atât de utile în feromagneți, lipsesc, împiedicând din nou aplicabilitatea lor practică.

Aici intrați altermagneții cu cele mai bune dintre ambele: magnetizare net zero împreună cu râvnitul puternic dependent de spin. fenomene întâlnite în mod obișnuit în feromagneți – merite care au fost considerate în principal incompatibile.

„Aceasta este magia altermagneților”, spune Tomáš Jungwirth de la Institutul de Fizică al Academiei Cehe de Științe, cercetătorul principal al studiului. „Ceva despre care oamenii credeau că este imposibil până când previziunile teoretice recente [l-au arătat] este de fapt posibil”.

Murmurele că un nou tip de magnetism pândea au început nu cu mult timp în urmă: în 2019, Jungwirth împreună cu colegii teoretici de la Academia Cehă de Științe și Universitatea din Mainz au identificat o clasă de materiale magnetice cu o structură de spin care nu se încadra în descrierile clasice ale feromagnetismului sau antiferomagnetismului.

În 2022, teoreticienii și-au publicat predicțiile despre existența altermagnetismului. Ei au descoperit peste două sute de candidați altermagnetici în materiale, de la izolatori și semiconductori, la metale și supraconductori. Multe dintre aceste materiale au fost bine cunoscute și explorate pe larg în trecut, fără a observa natura lor altermagnetică. Datorită uriașelor oportunități de cercetare și aplicare pe care le prezintă altermagnetismul, aceste predicții au provocat o mare entuziasm în cadrul comunității. Căutarea era pornită.

Obținerea unei dovezi experimentale directe a existenței altermagnetismului a necesitat demonstrarea caracteristicilor unice de simetrie a spinului prezise în altermagneți. Dovada a venit folosind spectroscopie de fotoemisie cu rezoluție în rotație și unghi la SIS (stația terminală COPHEE) și liniile de lumină ADRESS ale SLS. Această tehnică a permis echipei să vizualizeze o trăsătură indicatoare în structura electronică a unui suspectat altermagnet: divizarea benzilor electronice corespunzătoare diferitelor stări de spin, cunoscută sub numele de ridicarea degenerarii spinului Kramers.

Descoperirea. a fost realizat din cristale de telurura de mangan, un material simplu bine-cunoscut cu două elemente. În mod tradițional, materialul a fost privit ca un antiferomagnet clasic, deoarece momentele magnetice de pe atomii de mangan vecini indică în direcții opuse, generând o magnetizare netă de dispariție.

Cu toate acestea, antiferomagneții nu ar trebui să prezinte o degenerare a spinului Kramer ridicat de către magnetic. ordine, în timp ce feromagneții sau altermagneții ar trebui. Când oamenii de știință au văzut degenerarea spinării Kramer, însoțită de magnetizarea rețelei care dispare, au știut că se uită la un altermagnet.

„Datorită preciziei și sensibilității ridicate a măsurătorilor noastre, am putut detecta divizarea alternantă caracteristică a nivelurilor de energie corespunzătoare stărilor de spin opuse și demonstrează astfel că telurura de mangan nu este nici un antiferomagnet convențional, nici un feromagnet convențional, ci aparține noii ramuri altermagnetice a materialelor magnetice", spune Juraj Krempasky, om de știință în cadrul Beamline Optics Group. la PSI și primul autor al studiului.

Liniile de lumină care au permis această descoperire sunt acum dezasamblate, în așteptarea upgrade-ului SLS 2.0. După douăzeci de ani de știință de succes, stația finală COPHEE va fi complet integrată în noua linie de lumină „QUEST”. „Cu ultimii fotoni de lumină de la COPHEE am făcut aceste experimente. Faptul că au dat o descoperire științifică atât de importantă este foarte emoționant pentru noi”, adaugă Krempasky.

„Acum, că am adus-o la noi. lumina, mulți oameni din întreaga lume vor putea lucra la ea.”

Cercetătorii cred că această nouă descoperire fundamentală în magnetism ne va îmbogăți înțelegerea fizicii materiei condensate, cu impact în diverse domenii de cercetare. și tehnologie. Pe lângă avantajele sale pentru domeniul în curs de dezvoltare al spintronicii, oferă și o platformă promițătoare pentru explorarea supraconductivității neconvenționale, prin noi perspective asupra stărilor supraconductoare care pot apărea în diferite materiale magnetice.

„Altermagnetismul nu este de fapt ceva extrem de complicat. Este ceva cu totul fundamental care a fost în fața ochilor noștri timp de decenii fără să-l observăm", spune Jungwirth. „Și nu este ceva care există doar în câteva materiale obscure. Există în multe cristale pe care oamenii pur și simplu le aveau în sertare. În acest sens, acum că l-am scos la lumină, mulți oameni din întreaga lume vor putea lucrați la el, oferind potențialul unui impact larg.”

(Fluierul)

Inapoi