Magnesy chiralne pomogą w rozwoju spintroniki? Przełomowe osiągnięcie

Naukowcy opracowali nowe magnesy chiralne, które mogą przyczynić się do rozwoju niemal wszystkich dziedzin technologii. Mogą także zapoczątkować erę spintroniki.
Magnesy chiralne mogą zapoczątkować rewolucję w spintronice
Magnesy chiralne mogą zapoczątkować rewolucję w spintronice

Atomy w materiałach są zorganizowane w regiony zwane domenami magnetycznymi – w każdej z nich elektrony mają taką samą orientację magnetyczną: ich spiny są ułożone w tym samym kierunku. Domeny magnetyczne są oddzielone “ścianami” – jeden z ich rodzajów to domeny chiralne.

Możliwość manipulowania ruchem ścian domeny pozostaje wyzwaniem, ponieważ zazwyczaj domeny magnetyczne mogą losowo zmieniać orientację. Ponadto granice domen przesuwają się w nieprzewidywalny sposób, gdy rozmiary domen są zmniejszane, aby pomieścić większą gęstość przechowywania informacji. Jednak klasa materiałów zwanych magnesami chiralnymi wykazała potencjał łagodzenia losowego zachowania ścian domen. Dzieje się tak, ponieważ magnesy chiralne wykazują skomplikowane struktury spinowe, które pomagają zredukować losowe odwrócenie domen.

Naukowcy z Purdue University, Oak Ridge National Laboratory, Louisiana State University, Norfolk State University, Peter Grünberg Institute oraz University of Louisiana w Lafayette opracowali magnes chiralny, umieszczając atomy manganu między sześciokątnymi warstwami związków dwusiarczku niobu. Uczeni byli w stanie przeanalizować nanostrukturę magnetyczną materiału poddanego działaniu różnych temperatur i pól magnetycznych.

Czytaj też: Pojedyncze skyrmiony jak na talerzu. Spintronika coraz bliżej

Pomiary te połączono z charakterystyką za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej Lorentza, co pozwoliło na pełniejsze zrozumienie magnetyzmu. Dane zespołu sugerują, że zmiana grubości magnesu chiralnego może spowodować, że niektóre pary ścian domen będą obracać się w przeciwnych kierunkach, co jest znane jako o przeciwnej chiralności. Ponadto naukowcy odkryli, że ściany domen o przeciwnej chiralności będą się zbliżać do siebie i anihilować pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. Odkrycia mogą wpłynąć na przyszłe badania nad kontrolowaniem właściwości magnetycznych do zastosowań technologicznych.

Powstająca dziedzina technologii zwana spintroniką obejmuje przetwarzanie i przechowywanie informacji poprzez wykorzystanie spinu elektronu zamiast jego ładunku. Możliwość kontrolowania tej podstawowej właściwości może otworzyć nowe możliwości rozwoju urządzeń elektronicznych. W porównaniu z obecną technologią urządzenia te mogą przechowywać więcej informacji na mniejszej przestrzeni i działać z większą prędkością przy mniejszym zużyciu energii. Nowe badania wskazują na potencjalną drogę kontrolowania właściwości i ruchu ścian domen.