Физичари од MIT демонстрираа нова форма на магнетизам што еден ден би можел да се искористи за да се изградат побрзи, погусти и енергетски поефикасни „спинтронски“ мемориски чипови.
Новата магнетна состојба е комбинација од две главни форми на магнетизам: феромагнетизам на секојдневните магнети на фрижидерот и игли на компасот и антиферомагнетизам, во кој материјалите имаат магнетни својства на микроскопска скала, но не се магнетизираат макроскопски.
Сега, во труд во списанието Nature, тимот на МИТ демонстрираше нова форма на магнетизам, наречена „магнетизам на брановите p“. Физичарите долго време забележуваат дека електроните во атомите во обичните феромагнети ја делат истата ориентација на „вртење“ како толку многу мали компаси кои се насочени во иста насока. Ова порамнување на вртењата го генерира магнетното поле што му дава на феромагнетот својствениот магнетизам. Електроните кои припаѓаат на магнетните атоми во антиферомагнетот, исто така, имаат вртење, иако овие вртења се заменети, при што електроните кои орбитираат околу соседните атоми ги порамнуваат нивните вртења антипаралелно едни со други.
Земени заедно, еднаквите и спротивните вртења се откажуваат, а антиферомагнетот не покажува макроскопска магнетизација.
Тимот откри нов магнетизам на р-бранови во никел јодид (NiI2), дводимензионален кристален материјал што го синтетизирале во лабораторија. Како и феромагнетите, електроните покажуваат претпочитана ориентација на вртење, а како антиферомагнетите, еднаквите популации на спротивни вртења резултираат со нето откажување. Сепак, вртењата на атомите на никел покажуваат уникатна шема, формирајќи спирални конфигурации во материјалот што се огледални слики еден на друг, слично како што левата рака е огледална слика на десната рака.
Покрај тоа, истражувачите открија дека оваа конфигурација на спирално вртење им овозможува да се „свртат-префрлуваат“. Во зависност од насоката на вртење на спиралата во материјалот, тие би можеле да применат мало електрично поле во соодветната насока за лесно превртување на левата спирала на вртење во десна спирала на вртење и обратно.
Способноста да се промени вртењето на електрони е во срцето на „спинтрониката“, предложена алтернатива на конвенционалната електроника. Со овој пристап податоците може да се запишат во форма на спин на електрон, наместо во форма на електронско полнење, потенцијално дозволувајќи да се спакуваат повеќе податоци на уред, а притоа се користи многу помалку енергија за пишување и читање на тие податоци.
За нивната нова студија тимот синтетизирал еднокристални снегулки од никел јодид со прво депонирање на прашоци од соодветните елементи на кристална подлога, која ја ставиле во печка со висока температура. Процесот предизвикува елементите да се таложат во слоеви, секој микроскопски распореден во триаголна решетка од атоми на никел и јод.
Истражувачите сакале да знаат дали спиралната геометрија на спиновите на атомите на никелот всушност ќе ги принуди електроните кои патуваат во спротивни насоки да имаат спротивни вртења, како што се очекуваше за магнет со p-бранови. За да го набљудуваат тоа групата применила зрак на кружно поларизирана светлина на секоја снегулка, која произведува електрично поле што ротира во одредена насока, или во насока на стрелките на часовникот или спротивно од стрелките на часовникот.
Во експериментите со повеќе снегулки никел јодид, истражувачите директно забележале дека насоката на вртење на електроните е поврзана со насоката на светлината што се користи за возбудување на тие електрони. Ова е типична карактеристика на магнетизмот на брановите p, забележани овде за прв пат.
„Сега кога ја разбираме оваа нова состојба на магнетизам, следната граница е да се најдат материјали со овие својства на собна температура. Потоа можеме да го примениме ова на спинтроник уред“, велат научниците.
