Физики нашли ключ к антиферромагнитному «Святому Граалю»
Ферромагнитные материалы десятилетиями оставались основой важных технологий, таких как магнитные жесткие диски, оперативная память и генераторы энергии. Между тем освоение антиферромагнитных материалов обещает совершить революцию, обеспечив молниеносную скорость передачи данных и возможность работы на рекордно высоких частотах — настоящий «Святой Грааль» для физиков.
По данным Phys.org, ученые совершили важный прорыв, приблизив использование антиферромагнетиков в инновационных разработках будущего. В новой статье они описали инновационный подход к обнаружению и управлению движением спинов в антиферромагнетиках с использованием двумерных материалов и туннельных переходов.
Оба типа материалов содержат атомы, действующие подобно крошечным отдельным магнитам, каждый из которых обладает спином. В ферромагнетике все эти атомные спины выровнены и формируют внешнее магнитное поле. В антиферромагнетике атомные спины взаимно нейтрализуются, сводя общее магнитное поле к нулю. Именно поэтому сложно не только обнаружить движение спинов внутри антиферромагнетиков, но и контролировать его.
До недавнего времени поведение спинов в антиферромагнетиках изучали на достаточно крупных образцах размером около одного миллиметра и больше, тогда как практическое применение устройств требует значительно меньших масштабов. Как отметил один из авторов исследования, профессор физики Дэн Ральф из Корнеллского университета, «раньше измерения проводились на уровнях, непригодных для реального внедрения в полезные устройства».
Теперь команда ученых создала экспериментальные установки микронного масштаба. Они позволяют регистрировать четкие электрические сигналы, используя туннельные переходы для обнаружения движения спинов. По словам Ральфа, этот подход позволяет уменьшить размеры образцов примерно в 1000 раз.
Эксперт объясняет, что туннелирование представляет собой квантовомеханический феномен, при котором электроны проникают сквозь потенциальный барьер, непреодолимый для классической частицы. Прохождение осуществляется не прямым переносом заряда, а путем распространения волновой функции электрона через границу барьера. При изменении ориентации спинов в антиферромагнитном материале, расположенном в области туннельного перехода, наблюдается изменение электрического сопротивления, вызванное туннелированием электронов. Подобные перемены позволяют экспериментально изучать динамику спиновых состояний.
Чтобы контролировать спины в двумерном антиферромагнетике, физики использовали механизм, известный как спин-орбитальный момент. Они пропускали зарядовый ток через материал, создавая спиновый ток, взаимодействующий с магнитом, чтобы приложить к магниту момент силы и заставить его двигаться.
Ранее ученые запечатлели рождение сверхбыстрых лазерных импульсов.
