5 Minutės
Netikėta bangelė kristalinėje tinkle gali pakeisti viską. Įsivaizduokite medžiagą, kuri neturi jokios bendros magnetizacijos, tačiau reaguoja kaip įprastas magnetas, kai per ją leidžiate elektros srovę. Toks paradoksas yra altermagnetų bruožas, o nauja idėja, naudojanti smulkius deimanto defektus, gali būti geriausias būdas juos surasti.
Altermagnetų atominės struktūros iliustracija. Gretimi atomai yra pasukti ir jų magnetiniai spinai apversti.
Klausantis spinų šnabždesio
Fizikai iš Buffalo universiteto, bendradarbiaudami su kolegomis iš Mainco Johannes Gutenbergo universiteto, aprašė kvantinio jutimo metodą, galintį aptikti altermagnetinėse medžiagose tikėtas kryptines ir subtilias magnetines struktūras. Metodas kol kas yra teorinis ir paskelbtas žurnale Physical Review Letters, tačiau jis nukreipia į praktišką eksperimentą, pasitelkiantį vieną neįprastą modernios fizikos įrankį: tyčinę netobulumą deimante.
Kaip veikia jutiklis
Deimante, kai anglies atomas pakeičiamas azotu ir gretimoje tinklelio vietoje susidaro tuštuma, susiformuoja defektas, kurį tyrėjai vadina azoto-tuštumos centru (NV centru). Šis defektas elgiasi kaip itin jautrus magnetinis zondas, kuriuo galima valdyti naudojant šviesą ir mikro bangas. Paruošę defekto magnetinį spiną skirtingomis orientacijomis ir stebėdami, kaip greitai tas spinas atsipalaiduoja, mokslininkai gali nuspėti magnetinį triukšmą, kurį sukelia netoliese esantis mėginys.
Komandos siūloma gudrybė yra padėti potencialų altermagnetą prie deimanto ir išmatuoti, kaip kinta defekto atsipalaidavimo greitis keičiant orientaciją. Jei atsipalaidavimas skirsis priklausomai nuo krypties, tai signalizuos apie anizotropines magnetines struktūras, būdingas altermagnetams. Kitaip tariant, deimanto defektas „girdi" spinų modelį, kurį įprastiniai matavimai galėtų užmaskuoti.
Kas išskiria altermagnetus
Beveik šimtmetį magnetai buvo skirstomi į dvi kategorijas: feromagnetus, kuriuose elektronų spinai susilygina ir sukuria aiškų magnetinį lauką, ir antifermagnetus, kuriuose gretimi spinai nukreipti priešingai ir dideliame mastelyje atšaukia vienas kitą. Altermagnetai ištrina šią dichotomiją. Jie, panašiai kaip antiferomagnetai, neduoda bendros magnetizacijos, tačiau kristalinė simetrija įspaudžia elektronams kryptinį, feromagnetams būdingą elgesį. Rezultatas – medžiaga, kurią galima greitai perjungti ir kuri perduoda spinų poliarizuotas sroves be įprasto magnetinio požymio.
Toks hibridinis elgesys turi aiškią technologinę vertę. Elektronika, manipuliuojanti spinu vietoje krūvio, siekia būti spartesnė ir daug taupesnė energijos atžvilgiu. Altermagnetai galėtų suteikti antiferomagnetinį greitį kartu su feromagnetų elektroniniu valdymu, atverdami kelią mažos galios spintronikos įrenginiams ir kompaktiškesnėms atminties dalims.
Jamir Marino, UB Fizikos katedros asistentas ir tyrimo korespondentas, sako: "Tai galėtų būti pirmasis naujos kartos eksperimentų blokas, nulemiantis, ar tam tikra medžiaga yra altermagnetas. Altermagnetai galėtų visiškai pakeisti informacijos perdavimo būdus, tačiau norint patikrinti, ar ši elegantiška teorija teisinga, reikia eksperimentų, kurie identifikuotų altermagnetus ir patvirtintų numatomą jų elgesį."
Nuo mįslingų stebėjimų iki naujos magnetinės klasės
Altermagnetizmo sąvoka atsirado po to, kai Maince atlikti stebėjimai nederėjo nei prie feromagnetų, nei prie antiferomagnetų elgesio. Apskaičiavimai rutenio dioksidui (ruthenium dioxide), iš esmės nemagnetinei junginiui, prognozavo antiferomagnetinį atšaukimą. Tačiau praleidus elektros srovę, medžiaga pradėjo elgtis panašiai į feromagnetus. Toks netikėtas atsakas rodė kitokį tvarkos principą, ir buvo suformuluotas terminas altermagnetas, nusakantis šią tarpinę klasę.
Nuo to laiko teorija nurodė šimtus kandidatų medžiagų, galinčių turėti altermagnetizmo požymių. Iš anksto gauti eksperimentiniai duomenys rodė signalus keliems junginiams. Tačiau pagrindinių kryptinių magnetinių struktūrų aptikimas išlieka sudėtingas, nes įprasti zondai dažnai suglumina ar vidutina vietinius, nuo simetrijos priklausančius signalus arba trikdo sistemą, kurią jie turi matuoti.
Jairo Sinova, bendraautorius ir vienas iš fizikų, padėjusių pasiūlyti altermagnetus, pažymi, kad deimantinė metodika "siūlo pranašumų prieš tradicinius eksperimentinius metodus, nes aptinka subtilias kryptines magnetines struktūras skirtingose medžiagos vietose neperdaug trikdydama ją." Pažadas yra maža įsikišimo lygio, vietinė priemonė, galinti žemėlapiuoti kandidatų medžiagų magnetinį pirštų atspaudą.
Praktiniai iššūkiai ir tolesni žingsniai
UB siūlymas remiasi kruopščiais kvantiniais modeliavimais, tačiau jo perkėlimas į stalą reikalauja precizinės inžinerijos. Deimanto defektas turi būti padėtas arti mėginio nepažeidžiant jo paviršiaus. Signalo ir triukšmo santykio problemos, temperatūros stabilumas ir defekto orientacijos valdymas yra nelengvos užduotys. Vis dėlto NV centrų magnetometrijoje patyrę mokslininkai mato aiškų kelią: tobulinti deimantinius jutiklius, paruošti aukštos kokybės kandidatų kristalus ir matuoti kryptinius atsipalaidavimo greičius daugelyje orientacijų.
Jei eksperimentai pasiteisins, metodika gali pagreitinti pereinamąjį laikotarpį nuo teorinių kandidatų katalogų prie patikrintų medžiagų, parengtų įrenginių bandymams. Toks patikrinimas yra būtinas žingsnis prieš realaus pasaulio taikymus spintronikoje arba mažos galios informacijos perdavime.
Ekspertų įžvalga
"Altermagnetų aptikimas yra subtilių skirtumų žaidimas," sako dr. Elena Torres, medžiagų fizikė, tirianti kvantinius jutiklius. "Jūs neieškote garsaus magneto; jūs klausotės triukšme slypinčio modelio. Deimanto NV centrai yra unikaliai pritaikyti šiam darbui, nes leidžia vietiškai ir su dideliu kryptiniu jautrumu tirti magnetines svyravimų savybes. Jei įveikiami eksperimentiniai iššūkiai, tai taps lemiamu įrankiu teorijos patvirtinimui ir naujų medžiagų atradimui."
Išvada
Deimantu paremtas kvantinis jutiklis peržvelgia altermagnetų paiešką ne kaip globalų nuskaitymą, o kaip vietinį klausymą. Išnaudodami inžinerinius defektus ir tikslią spinų kontrolę, tyrėjai turi realistinės, mažai trikdančios priemonės patikrinti, ar medžiagos demonstruoja teorijoje numatytas hibridines magnetines simetrijas. Darbas išlieka teorinis, bet jis nubrėžia aiškų eksperimentinį kelią. Jei jis bus įgyvendintas, metodika gali pagreitinti medžiagų, sujungiančių itin greitą perjungimą ir valdomą elektroninį elgesį, atradimą, o tai turi reikšmingą potencialą ateities elektronikai ir spintronikai.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą