Магнетите што ги познаваме најчесто се поврзуваат со два пола – северен и јужен. Но, во светот на квантната физика постои и трет облик на магнетизам кој би можел да отвори нови можности за електрониката. Научници сега за првпат обезбедија експериментални докази за таканаречениот алтермагнетизам во конкретен слоевит материјал.
Истражувањето, објавено во Nature Communications, покажува дека материјалот Co₁/₄TaSe₂ – составен од кобалт, тантал и селен има својства кои би можеле да ги комбинираат предностите на два добро познати типа магнетизам.
Зошто се важни магнетите?
За да се разбере откритието, потребно е прво да се разликуваат два основни вида магнетизам. Кај феромагнетизмот, магнетните моменти на честичките во материјалот се ориентирани во иста насока. Така се создава силно магнетно поле – токму она што го препознаваме кај класичните магнети.
Проблемот е што ваквите материјали создаваат и таканаречени расеани магнетни полиња. Тие можат да влијаат врз околните електронски компоненти и да бидат непожелни во сè помалите и посложени уреди.
Кај антиферомагнетизмот, магнетните моменти се ориентирани во спротивни насоки и меѓусебно се поништуваат. Така речиси и да нема надворешно магнетно поле. Но, тука се појавува друг проблем: антиферомагнетните материјали не се толку ефикасни во контролирањето на спинот на електроните.
Алтермагнетизмот нуди необична комбинација.
Третата опција
Алтермагнетизмот е релативно ново идентификувано магнетно однесување кое, поедноставено кажано, може да овозможи поделба на електроните според нивниот спин без да создава силни расеани магнетни полиња. Тоа е токму својството што ги заинтересирало истражувачите.
Тие создале кристали од Co₁/₄TaSe₂, материјал чии слоеви се составени од тантал и селен, со атоми на кобалт поставени меѓу нив. За да го произведат материјалот во соодветна форма, истражувачите го загревале на повеќе од 900 степени Целзиусови во текот на околу две недели.
Потоа користеле квантни модели и техника наречена аголно-резолутивна фотоемисиона спектроскопија, или ARPES. Методот овозможува научниците да го испитаат однесувањето на електроните во материјалот – вклучително и нивната енергија, насока и распределба.
Резултатите покажале поделба на енергетските состојби поврзана со спротивни спински поларизации.
Електроните не се „вртат“ како планета
Тука терминот „спин“ може да звучи збунувачки. Електроните немаат физичко вртење околу сопствената оска како Земјата. Спинот е квантна особина на честичките, која се однесува како вид аголен момент и може да има различни ориентации.
Токму контролирањето на оваа особина е од голем интерес за таканаречената спинтроника. Наместо информациите да се обработуваат само преку движењето на електричниот полнеж, спинтрониката се обидува да го користи и спинот на електроните за складирање и обработка на податоци.
Тоа би можело да отвори пат кон побрзи и поефикасни електронски уреди.
Од лабораторија до идната електроника
Истражувачите сметаат дека слоевитите алтермагнетни материјали би можеле да бидат интересни за спинтроника, ултрабрзи мемории, терахерцни комуникациски системи и енергетски поефикасна електроника. Но, тоа сè уште не значи дека новата технологија е подготвена за телефони, компјутери или сервери.
Научниците допрва треба да разберат како алтермагнетните својства се однесуваат во различни услови и како се натпреваруваат со другите магнетни и електронски интеракции во материјалите. Една од главните предности на Co₁/₄TaSe₂ е што неговата слоевита структура овозможува релативно лесно менување и проучување на материјалот.
Тоа може да им помогне на физичарите подобро да разберат како функционира алтермагнетизмот и дали неговите својства можат практично да се искористат.
Доколку истражувањата покажат дека овие материјали можат сигурно да се интегрираат во електронски компоненти, алтермагнетизмот би можел да стане важен дел од развојот на идната спинтроника.
Засега, сепак, станува збор за фундаментално физичко откритие и експериментална платформа – не за готова технологија. Истражувањето е објавено во научното списание Nature Communications.
