Elektrikle kontrol edilen helimanyetik yapılara yeni bir yol

Gelişmiş manyetik bellek ve spintronik cihazlar, manyetik durumları elektrik kullanarak kontrol etme yeteneğine dayanır. Günümüzde bu tür teknolojiler, tüm manyetik momentlerin aynı yöne işaret ettiği ferromıknatıslarda bulunan nispeten basit manyetik yapıları manipüle ederek çalışmaktadır. Ancak araştırmacılar, daha karmaşık manyetik sistemlerin kontrol edilmesiyle giderek daha fazla ilgilenmeye başlıyor çünkü bunlar daha yüksek bilgi yoğunluğu ve gelişmiş verimlilik sunabiliyor.

Helimagnet’ler bu tür sistemlerin başlıca örneğidir. Bu malzemelerde manyetik momentler, malzemenin içinden geçen spiral veya sarmal desenler oluşturur. Bu manyetik desenlerin yayıldığı yön, malzemenin elektriksel ve manyetik davranışının belirlenmesinde önemli bir rol oynar.

Ancak araştırmacılar, elektrik akımı kullanarak sarmal manyetik yapıların yönelimini tersine çevrilebilir şekilde kontrol etmenin güvenilir bir yolunu bulamadılar ve ferromıknatıslar için geliştirilen akımla çalışan teknikler doğrudan helimanyetik sistemlere aktarılmıyor.

Dergide yayınlanan bir çalışmada İletişim MalzemeleriJaponya’daki Tokyo Bilim Enstitüsü’nden Profesör Fumitaka Kagawa liderliğindeki bir araştırma ekibi ve yüksek lisans öğrencisi Soju Furuta, bu bilgi açığını gidermek için yola çıktı.

Çalışmaları, manyetik sarmalın yayılma yönünün, uygulanan manyetik alan altında elektrik akımının polaritesini değiştirerek tersine çevrilebileceğini ortaya koyuyor.

Sarmalın simetriye dayalı bir görünümü

Ekip Co adı verilen helimanyetik bir malzemeye odaklandı._8.5Zn_8.5Mn₃. Manyetik düzenini analiz etmek için “yönetici” olarak bilinen simetriye dayalı bir tanım kullandılar. Bu gösterim, manyetik sarmalın yayılma yönünün başsız bir ok olarak ele alındığı gerçeğini doğru bir şekilde yakalar; bu, zıt yönlerin fiziksel olarak eşdeğer olduğu anlamına gelir.

Ayrıca yerinde Lorentz transmisyon elektron mikroskobu kullanarak çeşitli deneyler gerçekleştirdiler; bu, elektrik akımları ve manyetik alanlar uygulandığında malzemenin manyetik yapısını doğrudan görselleştirmelerine olanak sağladı.

Anahtarlama akımı ve alanı takip eder

Sonuçlar, bir akım darbesinin sarmal yayılma yönünü 90 derece döndürebildiğini ve akım polaritesini tersine çevirmenin orijinal yönelimi geri getirdiğini ortaya çıkardı. Basitçe söylemek gerekirse ekip, helimanyetik düzenin tersinir ve polarite seçici geçişini gösterdi.

Daha sonraki deneyler, ortaya çıkan manyetik durumun, uygulanan akımın ve manyetik alanın göreceli yönlerine bağlı olduğunu gösterdi. Gözlemler, ekibin, akımların ve manyetik alanların belirli sarmal yönelimlerini destekleyen etkili bir kontrol alanını nasıl ürettiğini açıklayan teorik çerçevesindeki tahminlerle yakından eşleşti.

Furuta, “Çalışmamız, uygulanan akımın ve manyetik alanın yönlerini uygun şekilde seçerek, keyfi yönlere yönlendirilmiş helisler için akım tahrikli anahtarlamanın gerçekleştirilebileceğini ortaya koyuyor” dedi.

Spintronik için daha geniş bir araç seti

Birlikte ele alındığında ekibin bulguları, elektrik akımlarını kullanarak karmaşık manyetik düzeni kontrol etmeye yönelik bir prensip sağlıyor. Bu çalışma, helimagnetlerin temel anlayışını ilerletmenin ötesinde, gelecekteki bilgi teknolojileri için mevcut manyetik durum aralığının genişletilmesine yardımcı olabilir.

Kagawa, “Çalışmamız, elektrik akımının ve manyetik alanın sarmal manyetik yapıların yönünü nasıl seçebileceğini anlamak için simetriye dayalı bir çerçeve sağlıyor” dedi.

Araştırmacılar elektrikle kontrol edilebilen manyetik malzemeleri keşfetmeye devam ettikçe, bu strateji gelecekteki spintronik ve manyetik bellek teknolojileri için tasarım alanının genişletilmesine yardımcı olabilir.