3 Minutės
Naujos magnetizmo formos atskleidimas dirbtiniuose kristaluose
Tarptautinė mokslininkų komanda pirmą kartą eksperimentais užfiksavo naują magnetizmo tipą – vadinamąjį p-bangos magnetizmą – sluoksniuotame, dvimatėje erdvėje suformuotame nikeliu jodido (NiI2) kristale. Šis atradimas gali iš pagrindų pakeisti ateities didelės spartos, energiją tausojančių elektronikos ir spintronikos įrenginių kūrimą bei praplėsti mūsų supratimą apie fundamentalią kvantinę fiziką.
„Tuo metu tai buvo visiškai nauja idėja“, teigia masačusetso technologijos instituto (MIT) fizikas dr. Riccardo Comin, vienas pagrindinių tyrėjų. „Eksperimentams pasirinkome nikeliu jodidą, nes jame galėjome praktiškai pademonstruoti šią p-bangos magnetizmo formą.“
Mokslinis pagrindas: magnetizmo supratimas atominiame lygmenyje
Tradiciniai magnetai veikia, kai jų elektronų sukamasis momentas (arba „sukimas“) išsilygiuoja ir sudaro bendrą magnetinį lauką, nukreiptą viena kryptimi. Tuo tarpu antiferomagnetuose elektronų sukiniai išsidėsto priešingomis kryptimis, todėl išorinio magnetinio lauko nesusidaro.
P-bangos magnetizmas ypatingas tuo, kad jungia abiejų tipų – feromagnetinių ir antiferomagnetinių medžiagų – savybes. Šioje naujoje kvantinėje būsenoje itin plonose nikeliu jodido dalelėse elektronų sukiniai išsidėsto veidrodinėmis spiralėmis – tokiu būdu išnyksta bendrasis magnetizmas, bet susidaro unikalios, tiksliai lokaliai sąveikaujančios magnetinės tekstūros. Nors fizikų prognozuotos, tokios elektronų sūkurių konfigūracijos tikrame kristale pastebėtos pirmą kartą.
Eksperimentas: kaip buvo atrasta spiralinis magnetizmas
Tyrėjai laboratorijoje sukūrė itin plonus nikeliu jodido sluoksnius, naudodami kontroliuojamas aukštos temperatūros sąlygas. Šiems sintetinėms kristalams apšvietus polarizuota šviesa, kurios svyravimai taip pat spirališkai pasisuka, komanda galėjo tiesiogiai stebėti teorinius elektronų sukinio išsidėstymus spiralėmis.
Dar reikšmingesniu pasiekimu tapo tai, kad mokslininkai pademonstravo elektrinį šio neįprasto spiralės magnetizmo valdymą – pakankamas buvo vos silpnas elektrinis laukas, kad būtų galima reguliuoti elektronų sukinio kryptis ir keisti magnetines savybes pageidaujamu momentu.
Ekspertų įžvalgos
„Parodėme, kad šią naują magnetizmo formą galima kontroliuoti elektra“, pabrėžė MIT fizikas Qian Song, atkreipdamas dėmesį į atradimo praktinę reikšmę. „Tai atveria duris naujai itin kompaktiškos, greitos, energiją taupančios ir nebekintamos magnetinės atminties prietaisų klasei.“
Technologinės ir fundamentinės fizikos perspektyvos
Spiralės magnetizmo, kurį galima valdyti elektra, atradimas atveria naujas galimybes spintronikoje – pažangioje mokslų srityje, kur informacija apdorojama remiantis elektronų sukiniais, o ne įprasta elektros srove. Teoriniai modeliai rodo, kad šios reguliuojamos magnetinės būsenos gali leisti kurti kompaktiškesnius, spartesnius ir daug kartų energiją taupančius atminties bei loginės veiklos įrenginius nei tradicinė elektronika.
Situacijoje, kai dirbtinis intelektas ir pažangios technologijos smarkiai didina energijos poreikį, šie pasiekimai tampa lemiami. Kaip pažymi dr. Qian Song, „užtenka labai silpno elektrinio lauko, kad perjungtume šias magnetines būsenas. P-bangos magnetai gali leisti sutaupyti net penkis energijos eilės dydžius – tai milžiniškas efektas.“
Iššūkiai ir ateities perspektyvos
Kaip ir daugelyje išskirtinių mokslo atradimų, norint plačiau pritaikyti šią technologiją, reikės įveikti nemažus inžinerinius iššūkius. Kol kas eksperimentiniai sprendimai reikalauja preciziškų laboratorinių sąlygų ir sudėtingo valdymo – tai riboja tiesioginį jų perėjimą į komercinę rinką. Vis dėlto, šis fundamentalaus lygmens atskleidimas atveria naujas mokslinių tyrimų kryptis kvantinių medžiagų, nestandartinio magnetizmo ir ateities atminties technologijų srityse.
Ateityje galima tikėtis, kad elektronikos prietaisai bus kuriami remiantis sukinio, o ne krūvio valdymu – tai leis ženkliai padidinti efektyvumą ir praplėsti žemo energijos suvartojimo skaičiavimų bei duomenų kaupimo galimybes.
Išvada
Spiralės p-bangos magnetizmo stebėjimas ir elektrinis valdymas sintetiniuose nikeliu jodido kristaluose žymi svarbų proveržį kvantinių medžiagų tyrimuose. Šis darbas ne tik gilina mūsų supratimą apie egzotines magnetines būsenas, bet ir gali iš esmės pakeisti elektronikos bei informacinių technologijų raidą. Tolimesni tyrimai gali atverti kelią itin kompaktiškiems, greitiems ir ypač energiją taupantiems atminties įrenginiams – sprendžiant svarbiausius skaitmeninio pasaulio iššūkius ateityje.
Komentarai