Международная исследовательская группа впервые получила изображение и контролирует тип магнитного потока, называемый альтермагнетизмом, который, по мнению физиков, может быть использован для разработки более быстрых и надежных электронных устройств.
Магнетизм закручивается вокруг вихря в альтермагнетическом материале © Оливер Амин/Ноттингемский университет
Новаторский эксперимент, проведенный на мощном рентгеновском микроскопе в Швеции, дает прямое доказательство существования альтермагнетизма, говорится в статье, опубликованной в среду в журнале Nature. Альтермагнетические материалы могут поддерживать магнитную активность, не будучи сами магнитными.
Команда из британского Ноттингемского университета, возглавившая исследование, заявила, что это открытие имеет революционный потенциал для электронной промышленности.
«Альтермагнетики могут привести к тысячекратному увеличению скорости работы микроэлектронных компонентов и цифровой памяти, при этом они будут более прочными и энергоэффективными», - сказал старший автор исследования Питер Уодли, научный сотрудник Королевского общества в Ноттингеме.
Питер Уодли в своей лаборатории в Ноттингеме: «Это не просто случайность. Это начало чего-то действительно важного» © Ноттингемский университет
Жесткие диски и другие компоненты, лежащие в основе современной компьютерной индустрии, обрабатывают данные в ферромагнитных материалах, чей собственный магнетизм ограничивает их скорость и плотность упаковки. Использование альтермагнитных материалов позволит току протекать в немагнитных изделиях.
«Самое простое применение альтермагнетизма - это копирование строительных блоков нынешних устройств памяти», - говорит Уодли. «Использование альтермагнетиков в качестве замены должно привести к созданию гораздо более быстрых, эффективных и устойчивых технологий».
Магнитные свойства материала зависят от спина его электронов. В ферромагнитных материалах, таких как железо, которые сильно реагируют на магнитные поля, все электроны вращаются параллельно своим соседям. В антиферромагнетиках, другом установленном типе магнетизма, соседние электроны вращаются в противоположных направлениях и, следовательно, гасят друг друга, поэтому материал в целом не реагирует на внешнее поле.
В альтермагнитных материалах спины электронов также антипараллельны, но атомы и сопровождающие их электроны вращаются в кристаллической структуре необычным образом. Такой «магнетизм с изюминкой» обеспечивает полезные свойства, говорит Уодли.
На снимках, полученных с помощью рентгеновского зонда в Лаборатории Макса IV в Лунде (южная Швеция), видно, как токи закручиваются в разных направлениях внутри тонких кристаллов полупроводника теллурида марганца, когда к ним прикладывается внешнее магнитное поле. Исследователи создали магнитные вихри, которые могут быть использованы для хранения и обработки информации.
Физики обнаружили намеки на новое магнитное явление примерно в 2020 году, а термин «альтермагнетизм» был впервые использован в 2022 году.
«Наш последний прорыв делает альтермагнетизм реальностью», - говорит Уодли. «Мы используем микроскопию, чтобы увидеть магнитный порядок в беспрецедентных деталях. Мы можем измерять и контролировать эти свойства так, как не позволяет ни одна другая магнитная система».
Клэр Доннелли, руководитель группы из Института химической физики твердых тел имени Макса Планка в Дрездене, которая не принимала участия в исследовании, назвала его «действительно большим шагом к тому, чтобы увидеть реальность альтермагнетизма и понять, как мы сможем использовать его в будущих устройствах».
По словам Уодли, за последний год было опубликовано 200 научных работ об альтермагнетизме.
«Это не просто случайность», - сказал он. «Это начало чего-то действительно важного».
«Нам нужно найти альтермагнетический материал-кандидат и способ его обработки в промышленных масштабах», - добавил Уодли. «Нереально предположить, что до его применения в электронике может пройти 10 лет».
Теллурид марганца, вероятно, не подходит для промышленного применения, хотя другой альтермагнитный полупроводник, антимонид хрома, мог бы подойти. Физики прогнозируют, что альтермагнетики будут обнаружены более чем в 100 соединениях.
По словам Уодли, ученые мобилизуют свои силы, чтобы привлечь финансирование для более масштабных исследований альтермагнетизма, возможно, с участием промышленности, хотя положение с патентами на эту технологию остается неопределенным.
Доннелли с осторожным оптимизмом смотрит на перспективы практического применения альтермагнетизма.
«Если предсказания сбудутся, я могу представить, что это окажет довольно большое влияние на общество», - сказала она.
Подготовлено ProFinance.Ru по материалам The Financial Times
MarketSnapshot - ProFinance.Ru в Telegram