Новая методология позволит следить за спиновыми состояниями в антиферромагнитных материалах, что значительно увеличивает вероятность разработки устройств с молниеносной передачей данных.
Ферромагнитные материалы на протяжении десятилетий служили основой для значимых технологий, таких как магнитные жесткие диски, оперативная память и генераторы энергии. Между тем, изучение антиферромагнитных материалов сулит революционные изменения, обеспечивая молниеносную скорость передачи данных и возможность функционирования на рекордно высоких частотах — настоящий «Святой Грааль» для физиков.
По информации Phys.org, ученые сделали значительный шаг вперед, приблизив использование антиферромагнетиков в новейших разработках. В своей новой статье они представили инновационный метод обнаружения и управления движением спинов в антиферромагнетиках с применением двумерных материалов и туннельных переходов.
Оба типа материалов содержат атомы, действующие как миниатюрные отдельные магниты, каждый из которых имеет спин. В ферромагнитах все эти атомные спины ориентированы в одном направлении, формируя внешнее магнитное поле. В антиферромагнитах атомные спины взаимно нейтрализуются, что приводит к нулевому общему магнитному полю. Именно поэтому сложно не только обнаружить движение спинов в антиферромагнитах, но и управлять им.
До недавнего времени поведение спинов в антиферромагнитах исследовали на довольно крупных образцах размером около одного миллиметра и более, в то время как практическое применение устройств требует значительно меньших размеров. Как отметил один из авторов исследования, профессор физики Дэн Ральф из Корнеллского университета, «ранее измерения проводились на уровнях, неподходящих для реального внедрения в полезные устройства».
Теперь группа ученых разработала экспериментальные установки микронного масштаба. Они способны регистрировать четкие электрические сигналы, используя туннельные переходы для обнаружения движения спинов. По словам Ральфа, данный метод позволяет сократить размеры образцов примерно в 1000 раз.
Эксперт поясняет, что туннелирование — это квантовомеханический процесс, при котором электроны проходят через потенциальный барьер, недоступный для классических частиц. Процесс происходит не путем прямого переноса заряда, а посредством распространения волновой функции электрона через границу барьера. При изменении ориентации спинов в антиферромагнитном материале, находящемся в зоне туннельного перехода, наблюдается изменение электрического сопротивления, вызванное туннелированием электронов. Такие изменения позволяют экспериментально исследовать динамику спиновых состояний.
Для контроля спинов в двумерном антиферромагните физики применили механизм, известный как спин-орбитальный момент. Они пропускали зарядовый ток через материал, создавая спиновый ток, который взаимодействует с магнитом, чтобы приложить к нему момент силы и заставить его двигаться.
Фото: hi-tech.mail.ru