Nature: Nový magnetický tok by mohol priniesť revolúciu do elektronických zariadení a pamäte

LONDÝN – Objav altermagnetizmu by mohol priniesť „tisícnásobné zvýšenie“ pamäte a rýchlosti počítačových komponentov.

Medzinárodný výskumný tím po prvýkrát zobrazil a monitoroval typ magnetického toku nazývaný altermagnetizmus, ktorý by sa podľa fyzikov mohol využiť na vývoj rýchlejších a spoľahlivejších elektronických zariadení.

Magnetizmus víri okolo vetra v altermagnetickom materiáli © Oliver Amin/University of Nottingham.

Prelomový experiment uskutočnený na vysokovýkonnom röntgenovom mikroskope vo Švédsku poskytuje priamy dôkaz o existencii altermagnetizmu, uvádza sa v článku uverejnenom v stredu v časopise Nature. Altermagnetické materiály môžu podporovať magnetickú aktivitu bez toho, aby boli samy magnetické.

Tím z britskej Nottinghamskej univerzity, ktorý viedol výskum, uviedol, že tento objav má revolučný potenciál pre elektronický priemysel.

„Altermagnetické materiály by mohli viesť k tisícnásobnému zvýšeniu rýchlosti mikroelektronických súčiastok a digitálnych pamätí, pričom by boli robustnejšie a energeticky účinnejšie,“ povedal hlavný autor štúdie Peter Wadley, výskumný pracovník Kráľovskej spoločnosti v Nottinghame.

Pevné disky a iné komponenty, ktoré sú základom moderného počítačového priemyslu, spracúvajú údaje vo feromagnetických materiáloch, ktorých vnútorný magnetizmus obmedzuje ich rýchlosť a hustotu balenia. Použitie altermagnetických materiálov by umožnilo tok prúdu v nemagnetických výrobkoch.

„Najjednoduchším využitím altermagnetizmu je replikovať stavebné bloky súčasných pamäťových zariadení,“ hovorí Wadley. „Použitie altermagnetika ako náhrady by malo viesť k oveľa rýchlejším, efektívnejším a udržateľnejším technológiám.“

Magnetické vlastnosti materiálu závisia od spinu jeho elektrónov. Vo feromagnetických materiáloch, ako je železo, ktoré silne reagujú na magnetické polia, sa všetky elektróny točia rovnobežne so svojimi susedmi. V antiferomagnetických materiáloch, čo je ďalší zavedený typ magnetizmu, sa susedné elektróny točia v opačných smeroch, a preto sa navzájom vyrušujú, takže materiál vo všeobecnosti nereaguje na vonkajšie polia.

Peter Wadley vo svojom laboratóriu v Nottinghame: „Nie je to len náhoda. Je to začiatok niečoho naozaj dôležitého.“ © University of Nottingham.

V altermagnetických materiáloch sú elektrónové spiny tiež antiparalelné, ale atómy a ich sprievodné elektróny rotujú v kryštálovej štruktúre neobvyklým spôsobom. Takýto „magnetizmus so zákrutou“ poskytuje užitočné vlastnosti, hovorí Wadley.

Snímky zhotovené röntgenovou sondou v Laboratóriu Maxa IV. v Lunde v južnom Švédsku ukazujú prúdy, ktoré sa točia v rôznych smeroch vo vnútri tenkých kryštálov polovodiča teluridu mangánu, keď sa na ne aplikuje vonkajšie magnetické pole. Výskumníci vytvorili magnetické víry, ktoré by sa dali použiť na ukladanie a spracovanie informácií.

Fyzici objavili náznaky nového magnetického javu okolo roku 2020 a termín „altermagnetizmus“ bol prvýkrát použitý v roku 2022.

„Vďaka nášmu najnovšiemu prelomu sa altermagnetizmus stáva realitou,“ hovorí Wadley. „Pomocou mikroskopie vidíme magnetický poriadok v nevídaných detailoch. Tieto vlastnosti môžeme merať a kontrolovať spôsobom, ktorý neumožňuje žiadny iný magnetický systém.“

Claire Donnellyová, vedúca tímu z Inštitútu Maxa Plancka pre chemickú fyziku tuhých látok v Drážďanoch, ktorá sa na štúdii nepodieľala, ju označila za „skutočne veľký krok k tomu, aby sme videli realitu altermagnetizmu a pochopili, ako ho môžeme využiť v budúcich zariadeniach“.

Podľa Wadleyho bolo za posledný rok uverejnených 200 vedeckých prác o altermagnetizme.

„Nie je to len náhoda,“ povedal. „Je to začiatok niečoho naozaj dôležitého.“

„Musíme nájsť kandidátsky altermagnetický materiál a spôsob, ako ho spracovať v priemyselnom meradle,“ dodal Wadley. „Je nerealistické predpokladať, že by sa mohol o 10 rokov uplatniť v elektronike.“

Telurid mangánu pravdepodobne nie je vhodný na priemyselné použitie, hoci iný altermagnetický polovodič, antimonid chrómu, by mohol byť vhodný.Fyzici predpokladajú, že sa nájde viac ako 100 zlúčenín, ktoré budú altermagnetické.

Wadley hovorí, že vedci sa mobilizujú, aby získali finančné prostriedky na rozsiahlejší výskum altermagnetizmu, do ktorého by sa mohol zapojiť aj priemysel, hoci situácia s patentmi na túto technológiu zostáva neistá.

Donnelly je opatrne optimistický, pokiaľ ide o vyhliadky na praktické využitie altermagnetizmu. „Ak sa predpovede naplnia, viem si predstaviť, že to bude mať dosť veľký vplyv na spoločnosť,“ povedala.