Bir cihazda manyetizmayı kontrol etmek kolay değildir; Alışılmadık, yavaş, pahalı ve/veya atık enerjisi olan alışılmadık derecede büyük manyetik alanlar veya çok fazla elektrik gerekir. Ancak bu, son zamanlarda Altermagnets’in keşfi sayesinde değişecek görünüyor. Şimdi bilim adamları, cihazlarda manyetizmayı yönetmek için verimli anahtarlar için fikirler ortaya koyuyorlar.
Manyetizma geleneksel olarak iki çeşittir: bir materyaldeki manyetik momentlerin hizalanmasına (veya değil) dayanarak ferromanyetizma ve antiferromanyetizma. Geçen yılın başlarında, fizikçiler üçüncü bir manyetizma çeşidi için deneysel kanıtlar duyurdular: altermagnetizm, farklı bir dönüş ve kristal simetrileri kombinasyonu. Araştırmacılar şimdi Altermagnets’in nasıl ayarlanacağını öğreniyor ve bilimi pratik uygulamalara yaklaştırıyor.
Hepimiz, bir kristalde paralel olarak yer aldığı atomlardaki manyetik momentlerin bir buzdolabı mıknatısı veya pusula iğnesi gibi ferromanyetizma (FM) biliyoruz. Yaklaşık yüz yıl önce antiferromanyetizma (AFM) adı verilen ikinci bir sınıf eklendi, burada bir kristaldeki manyetik momentler farklı altlıklar üzerinde alternatif yönlerde düzenli olarak hizalandı, bu nedenle kristalin net mıknatıslanması yok, ancak genellikle düşük sıcaklıklarda.
Altermagnets (am) ikisinin bir çeşit karışımıdır: kristalin malzeme, manyetik momentlerin değiştiği ve net mıknatıslanmaya neden olmadığı yerlerde sipariş edilir. Ancak spinler, antiferromanyetizmde olduğu gibi sadece iptal etmez. Bunun yerine, kristalin simetrisi, malzemenin enerji bantları boyunca daha derin bir problamaya yönelik güçlü dönümlere sahip bir elektronik bant yapısı oluşturur.
Altermagnets, ferromanyetlere benzer bazı özelliklere sahiptir, ancak net manyetizmaya sahip olmakla birlikte, spin’e bağlı güçlü etkileri olan yeni özelliklere de sahiptir. Bu, Altermagnets’i spintronics uygulamaları için potansiyel olarak oldukça yararlı hale getirir – elektron spininin bilgi taşımak için kullanıldığı sapmalar, elektron yükünün elektronikte bilgi taşıdığına benzer.
Altermagnets keşiflerinden bu yana büyük ilgi gördü ve yeni teorik ilerlemeler, spintronics uygulamalarına doğru önemli bir adım olan onlar için bir anahtar oluşturulacağını gösterdi. Çin’deki Doğu Teknoloji Enstitüsü’nden Tong Zhou liderliğindeki araştırma, Fiziksel İnceleme Mektupları.
Zhou, “Manyetizmayı musluğunuzun sapınızı döndürdüğü kadar kolay kontrol etmenizi sağlayan bir malzeme yarattık.” Dedi. “İki düğmeye sahip olduğunu hayal edin: Birbirlerine karşı koyduklarında, özel bir manyetik akım elde edersiniz; aynı şekilde döndüklerinde kapanır. Bu kadar basit.”
Altermagnets, spin-up ve döndürme bantları arasında bölünmüş elektronik bant seviyeleri gösterir. Bu bölünme, bir spin durumu malzemeden diğerinden daha kolay akacağından, bir elektrik akımını polarize etmek için kullanılabilir. Bu, mevcut spintronics cihazlarından daha fazla verimlilikle çalışan daha hızlı spintronics uygulamalarının mümkün olduğu anlamına gelir.
Hala ihtiyaç duyulan şey, bir Altermagnet’in spin özelliklerini değiştirmenin bir yoludur.
Araştırmacılar şimdi bu anahtarlamayı yapmak için elektrik alanlarını kullanmayı savunuyorlar. Bunun için, elektrik alanlarının bir avantajı vardır, çünkü manyetik cihazları kontrol etmek için manyetik alanlardan daha uygundur – manipüle etmek ve uygulamak için daha kolaydır. Ayrıca çok daha hızlı, potansiyel olarak nanosaniye alt aralığında olacak ve daha az enerji kullanacaklardı.
Zhou’nun grubu tarafından yayınlanan bir teklif “antiferroelektrik altermagnet” (AFEAM) olarak adlandırılabilir. Bir antiferromanyet’e benzer şekilde, bir antiferroelektrik (AFE) malzemesi, elektrik dipolleri zıt yönlerde hizalanan atomik yapılardan oluşur.
Grup, elektrik dipollerinin, spin-up sublatties popülasyonunun dönme simetrisi yoluyla dönüşü alt kısımlarla bağlantılı olacak şekilde manyetik spinlerle birleştirildiği bir malzemeyi varsaydı. Böyle bir malzemenin hem antiferroelektrik hem de altermagnetik özellikleri olacaktır.
Küçük uygulanan elektrik alanı, elektrik dipollerinin aynı yönde sıralanmasına neden olur ve malzemeyi ferroelektrik (Fe) kristaline dönüştürür. Bir ferroelektrik durumda (yine, hizalanmış dipoller) artık bir altermagnet olmaz, ancak bir antiferromagnet (manyetik momentler hizalanmamış) olurdu. O zaman bir elektronik akımı kutuplaştırmaz. Elektrik alanı, spin polarizasyonunu açar veya kapatır.
Zhou, “Manyetizmayı kontrol etmek, bellek depolama ve bilgisayarlar gibi gelecekteki araçların çok daha hızlı olabileceği, daha az enerji kullanabileceği ve pil gücünde daha uzun süre dayanabileceği anlamına geliyor.” Dedi.
Başka bir grup ve yalnız bir araştırmacı, manyetik anahtarlama için elektrik alanlarını da kullanan teknolojiler önerdi.
Shenzhen, Çin’deki Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden Qihang Liu liderliğindeki bir grup ve Maks Planck Almanya’daki Karmaşık Sistemler Fiziği Enstitüsü’nden araştırmacı Libor ŠMejkal, uygulanan bir elektrik alanının, altermatnet’in finli bir şekilde etkileşime girdiği bir ferroelektrik anahtarlanabilir altermagnet, kristalin diptleme modları ile etkileşime girer.
Liu ve meslektaşları için deformasyon, Jahn-anlatıcı bozulmasıdır, alternatif bir kasılma ve belirli bağların uzamasıdır. Šmejkal’ın teklifi için deformasyon, elektriksel olarak aktive edildiğinde sistemin ferroelektrik polarizasyonunu tersine çevirdiğinde, altermagnetoelektrik etki adı verilen bir fenomen olan sublattise birimlerinin dönüşlerinden gelir.
Zhou, “İki büyük fikir – antifroelektrik ve altertergnetizm – tek bir malzemeye getirmek ve uyum içinde çalışmasını sağlamak nadirdir. Bu keşfi bu kadar özel yapan şey budur.” Dedi.
“Dürüst olmak gerekirse, malzemelerin içinde gizli bir anahtar ortaya çıkardığımızı hissediyoruz-biri manyetik yapıya dokunmadan spin davranışını değiştirmemizi sağlayan biri. Bu bir oyun değiştirici.”
