Ученые впервые обнаружили спиральный магнетизм в синтетическом кристалле
Группа ученых впервые наблюдала новый тип магнетизма в искусственно созданном кристалле. Это открытие может повысить эффективность и скорость работы электронных устройств, а также расширить горизонты фундаментальной физики.
Исследователи из международной команды подтвердили существование так называемого p-волнового магнетизма в кристалле иодида никеля (NiI₂). Этот двумерный материал обладает уникальными свойствами, необходимыми для проявления данного типа магнетизма.
"Это была совершенно новая идея, и мы решили проверить её экспериментально, поскольку поняли, что иодид никеля — идеальный кандидат для демонстрации p-волнового магнитного эффекта", — объясняет физик из Массачусетского технологического института (MIT) Риккардо Комин.
В обычных магнитах электроны обладают свойством, называемым спином, и их ориентация, как правило, совпадает. Это означает, что их крошечные "магнитные стрелки" направлены в одну сторону, создавая общее магнитное поле. В антиферромагнетиках спины выстраиваются так, что их воздействие макроскопически компенсируется.
P-волновой магнетизм сочетает в себе черты ферромагнетизма и антиферромагнетизма, формируя зеркальные спирали с различными спиновыми состояниями, которые в целом нейтрализуют магнитное поле. Ультратонкие слои иодида никеля, выращенные в высокотемпературной печи, позволили электронам менять направление спинов в зависимости от локальных магнитных полей.
С помощью поляризованного света, который колеблется по спирали, а не в обычной волнообразной форме, ученые смогли выявить спиралевидное расположение спинов электронов. Более того, им удалось не только зафиксировать новый тип магнетизма, но и управлять им, изменяя спиновое состояние и свойства материала с помощью слабого электрического поля.
"Мы показали, что эту новую форму магнетизма можно контролировать электрически", — говорит физик Цянь Сон из MIT.
"Это открытие прокладывает путь для создания нового поколения сверхбыстрых, компактных, энергоэффективных и энергонезависимых устройств магнитной памяти".
Результатом исследования стало обнаружение сложного механизма переключения спинов электронов, который потенциально может быть использован в спинтронике — технологии, где для хранения данных, вычислений и передачи энергии применяются спины электронов, а не их заряд.
Это открытие демонстрирует новые возможности нетрадиционных типов магнетизма, выходящие за рамки привычных компасов и акустических систем, и может привести к созданию принципиально новых материалов.
Хотя практическое применение технологии пока требует дополнительных исследований, в перспективе она может привести к появлению более ёмких, быстрых и энергоэффективных чипов памяти, что особенно важно в эпоху развития искусственного интеллекта.
"Нам нужно лишь слабое электрическое поле, чтобы управлять этим магнитным переключением", — отмечает Сон. — "P-волновые магниты могут сэкономить до пяти порядков энергии. Это огромный прорыв".
Исследование опубликовано в журнале .