Magnetyzm ukryty przed wzrokiem
Altermagnetyki to wyjątkowa klasa materiałów, która zachowuje się zupełnie inaczej niż znane nam magnesy. W przeciwieństwie do tych ostatnich, gdzie spiny atomowe ustawiają się w jednym kierunku tworząc silne pole magnetyczne, altermagnetyki nie wykazują żadnego zewnętrznego przyciągania. Z wyglądu przypominają zwykłe, niemagnetyczne materiały, lecz ich wewnętrzna struktura kryje w sobie złożone procesy magnetyczne. Właśnie te wewnętrzne właściwości sprawiają, iż materiały altermagnetyczne mogą znaleźć zastosowanie w kolejnej generacji urządzeń elektronicznych. Ich zdolność do efektywnego przenoszenia i kontrolowania informacji przewyższa możliwości konwencjonalnych materiałów magnetycznych. Przez długi czas główną przeszkodą w ich badaniu było zerowe przyciąganie zewnętrzne, które uniemożliwiało zastosowanie typowych technik pomiarowych.
Czytaj też: Japonia stworzyła magnes do fuzji jądrowej. Dzieli nas już tylko krok od czystej energii
Dwie metody rentgenowskiej detekcji
Naukowcy opracowali dwa nowatorskie podejścia do badania altermagnetyków, obie oparte na promieniowaniu rentgenowskim. Pierwsza z nich, nazwana RIXS-CD, umożliwia tworzenie map domen magnetycznych wewnątrz materiału. Technika ta polega na obracaniu próbki pod wiązką promieni rentgenowskich, co pozwala uzyskać unikalny wzór magnetyczny dla każdej domeny. Działanie tej metody można porównać do robienia serii zdjęć rentgenowskich z różnych perspektyw, aby odtworzyć pełny obraz wewnętrznej struktury.
Druga metoda, CD-RPED, zaproponowana przez Petera Krügera, sięga jeszcze głębiej. Pozwala ona na pomiar siły magnetycznej pojedynczej warstwy atomowej, która normalnie pozostaje całkowicie niewidoczna. Technika działa poprzez kierowanie promieni rentgenowskich na atomy materiału, co powoduje emisję elektronów. Wzór tworzony przez te elektrony stanowi charakterystyczny podpis magnetyczny, umożliwiający precyzyjną kwantyfikację właściwości nawet najcieńszych warstw.
Nasze główne odkrycia są ważne dla każdego altermagnetyka i stanowią podstawę do uczynienia CD-RPED potężną techniką do magnetycznej charakterystyki materiałów kandydujących na altermagnetyki – tłumaczy Krüger
Obie techniki otwierają nowe perspektywy badawcze. RIXS-CD wykrywa przestrzenne łamanie symetrii przez porządki magnetyczne, co czyni ją komplementarną wobec innych metod i potencjalnie przydatną dla szerszej gamy materiałów, w tym anomalnych antyferromagnetyków Halla.
Perspektywy dla rozwoju elektroniki
Dzięki nowym metodom badawczym altermagnetyzm przestał być zjawiskiem czysto teoretycznym. Naukowcy zyskali narzędzia do precyzyjnego mapowania i pomiaru ukrytych właściwości tych materiałów, co pozwala lepiej zrozumieć ich zachowanie i dokładnie określić parametry magnetyczne. To zasadnicza zmiana w podejściu do badań nad tą formą magnetyzmu. Największe znaczenie tych odkryć może objawić się w rozwoju spintroniki – dziedziny wykorzystującej wewnętrzny spin elektronów do wykonywania obliczeń. Podczas gdy tradycyjna elektronika opiera się na przepływie ładunku elektrycznego, spintronika wykorzystuje również właściwości magnetyczne elektronów. Altermagnetyki, z ich unikalnymi cechami wewnętrznymi, mogą okazać się idealnymi materiałami dla tej technologii.
Czytaj też: Ferromagnetyczny pościg, czyli co się dzieje, gdy światło wywołuje ruch bez reakcji
Rozwój metod detekcji i charakteryzacji altermagnetyków może przyspieszyć prace nad kolejną generacją urządzeń obliczeniowych. Technologie oparte na spinie oferują potencjalnie większą wydajność energetyczną i szybsze działanie niż obecne rozwiązania. Teraz, gdy badacze mogą dokładnie analizować właściwości altermagnetyków, choć najpierw muszą uporać się z największymi ograniczeniami.