Magnetismus je významným motorem pokroku, který umožňuje vše od zápisu dat až po energeticky úsporná zařízení. Nyní vědci objevili třetí typ magnetismu, altermagnetismus, který má podobnosti s feromagnetismem i antiferomagnetismem. Tento magnetismus má potenciál změnit vysokorychlostní paměťová zařízení a nabídnout důležité poznatky o supravodivosti.
Již desítky let vědci znají dva dominantní druhy magnetismu: feromagnetismus a antiferomagnetismus. Atomové magnetické momenty feromagnetických materiálů, například železa a niklu, se vyrovnávají podél stejného směru a tato vlastnost je užitečná pro ukládání informací. Naproti tomu antiferomagnetické materiály mají opačné momenty, které ruší jakoukoli čistou magnetizaci. Díky tomu jsou odolné vůči vnějšímu rušení, ale prakticky je obtížné je využít.
Altermagnety tuto mezeru překlenují. V těchto materiálech jsou atomární magnetické (stejně jako tato magnetická síla, která je generována elektrony) momenty uspořádány protiběžně, podobně jako u antiferomagnetů, ale mají mírně zkroucenou krystalovou strukturu.
Tuto jedinečnou konfiguraci lze kondenzovat v nanoměřítku, což umožňuje dosáhnout odolnosti a rychlosti antiferomagnetů a zachovat některé schopnosti feromagnetů uchovávat informace. Tento hybridní magnetismus otevírá nové možnosti pro budoucí vývoj elektroniky nebo výpočetní techniky.
Vírové vzory v teluridu manganu
Tým vědců, mezi nimiž byli i výzkumníci z Nottinghamské univerzity, poskytl první skutečný důkaz altermagnetismu. Použili techniku známou jako fotoemisní elektronová mikroskopie na tellurid manganu, materiál, který je považován za čistě antiferomagnetický.
V laboratoři MAX IV ve Švédsku mohou vědci pomocí polarizovaného rentgenového záření do ultratenkých materiálů vizualizovat vlastní magnetické víry, které jsou charakteristickým rysem altermagnetismu. Manipulace s vnitřní strukturou materiálu vedla k vytvoření nových vírových vzorů v šestiúhelníkových a trojúhelníkových zařízeních.
Tyto víry jsou stále populárnější ve spintronice pro nosiče informací. Jejich objev je klíčovým krokem k začlenění altermagnetických materiálů do paměťových zařízení nové generace, která mohou poskytovat vysoké rychlosti a zvýšenou ochranu proti ztrátě dat.
Einsteinův-de Haasův efekt mění fyziku
Ústřední charakteristikou magnetismu je Einsteinův-de Haasův (EH) efekt, který představuje přímé spojení magnetismu s atomovým úhlovým momentem hybnosti. Tento jev, který objevili Albert Einstein a Wander de Haas v roce 1915, ukazuje, že převrácení magnetizace materiálu způsobí, že atomy materiálu se v reakci na to začnou otáčet.
Je to proto, že celkový úhlový moment hybnosti systému musí být zachován, takže změny spinu elektronů ovlivňují pohyb celého materiálu. Einsteinův-de Haasův jev, který je zvláště důležitý pro altermagnetismus, ukazuje, jak může ovládání spinu elektronů vytvořit mechanický pohyb.
Tento princip by mohl být využit pro budoucí aplikace altermagnetických materiálů, které lze optimalizovat a upravovat pro větší kontrolu nad magnetickými vlastnostmi. Pochopení tohoto efektu by mohlo pomoci fyzikům hledat nové funkce altermagnetických materiálů, které by mohly přinést revoluci v přenosu energie a potenciálně i ve výpočetní technice na kvantové úrovni.
Nejde však jen o čistě akademický průlom, protože objev altermagnetismu má důležité aplikace v technologii a materiálové vědě. Vědci se domnívají, že by mohl obsahovat chybějící článek mezi magnetismem a supravodivostí, což je jedno z nejdéle trvajících dilemat, jak se elektrony pohybují v takových extrémních podmínkách.
Altermagnetismus by mohl po dalším studiu umožnit vytvoření rychlejších a účinnějších elektronických zařízení a otevřít tak dveře nové generaci vysoce výkonných počítačů. S objevováním těchto nových materiálů fyzikové neustále studují jedinečné vlastnosti magnetismu a budoucnost tohoto třetího typu magnetismu vypadá jasně.
Manipulace s takovými altermagnetickými strukturami může otevřít nové vzrušující dveře v různých oblastech výzkumu, včetně elektroniky, kvantových počítačů a dalších. Tento objev posune magnetický výzkum na novou hranici.