Nový fyzikálny jav vedcom zamotal hlavy. Správa sa ako z inej dimenzie

Výskumníci z MIT prvýkrát pozorovali nový stav magnetického usporiadania elektrónov v dvojrozmernom materiáli. Ide o jav, ktorý by mohol v budúcnosti zásadne ovplyvniť smerovanie vývoja pamäťových technológií. Nový druh magnetizmu bol objavený v jodide nikelnatom, kde sa spiny elektrónov zoraďujú do špirálových vzorov, ktoré sú navzájom zrkadlovými obrazmi.

Tento stav vedci označujú ako vlnový magnetizmus typu p, pričom ide o špecifickú formu usporiadania, ktorá v sebe kombinuje črty známeho feromagnetizmu aj antiferomagnetizmu. Na tému upozornil portál Phys.

Magnetizmus

Feromagnetizmus je forma magnetizmu, s ktorou sa v každodennom živote najviac stretávame. Feromagnetizmus je definovaný ako jav, pri ktorom sa materiály ako železo vo vonkajšom magnetickom poli zmagnetizujú a zostanú zmagnetizované istý čas po skončení pôsobenia poľa. Všetky permanentné magnety sú feromagnetické alebo ferimagnetické, ako sú kovy, ktoré sú nimi priťahované.

ChatGPT/Úprava redakcie

V klasických feromagnetoch majú všetky elektróny zhodne orientovaný spin, čo vedie k pozorovateľnému magnetickému poľu. Naopak, v antiferomagnetických materiáloch sú spiny susedných elektrónov usporiadané opačne, čím sa ich účinky rušia. V novopozorovanom stave sa tieto dve formy spájajú, čo znamená, že elektróny síce vytvárajú štruktúru s opačne orientovanými spinmi, no zároveň sa zoraďujú do špirál, ktorých orientácia môže byť ľavotočivá alebo pravotočivá.

Spiny ako informačné bity

Kľúčovým poznatkom je, že toto špirálové usporiadanie spinov možno meniť pomocou malého elektrického poľa. Práve táto možnosť elektrického prepínania orientácie spinov je základom pre oblasť zvanú spinová elektronika. Technológia by mohla nahradiť tradičnú elektroniku tým, že na zápis a čítanie dát by sa nepoužíval elektrický náboj, ale spin elektrónu. Výhodou je výrazne nižšia spotreba energie, vyššia rýchlosť zápisu aj menšie prehrievanie.

Podľa výskumníka Qiana Songa z MIT vedci „ukázali, že tento nový magnetický stav sa dá riadiť elektrickým poľom. Je to kľúčový krok k vývoju veľmi rýchlych, kompaktných a energeticky úsporných pamäťových prvkov, ktoré nestrácajú uložené údaje.“

Prúd elektrónov so zhodne orientovanými spinmi by mohol predstavovať základ novej generácie nevolatilných pamätí, ktoré fungujú aj bez napájania.

Bing Image Creator

Potvrdenie teórie experimentom a výzva do budúcnosti

Experimenty prebiehali na veľmi tenkých vrstvách jodidu nikelnatého, ktoré vedci pripravili metódou chemického usadzovania na kryštalickom podklade. Materiál následne skúmali pomocou kruhovo polarizovaného svetla. Výsledky ukázali, že smer spinov elektrónov závisí od smeru špirálového usporiadania vnútri materiálu. Táto zmena bola zreteľná pri aplikovaní elektrického poľa,  teda keď výskumníci zmenili smer špirály, došlo aj k zmene orientácie spinov putujúcich elektrónov. Ide o prvé experimentálne potvrdenie vlnového magnetizmu typu p, ktorý bol doteraz iba teoretickým konceptom.

Hoci sa nový jav vyskytuje len pri veľmi nízkej teplote (približne mínus 213 stupňov Celzia), výskumníci veria, že podobné správanie sa podarí nájsť aj pri izbových podmienkach. Ak sa to podarí, tento objav môže predstavovať základ budúcej generácie výpočtovej techniky, ktorá bude rýchlejšia, kompaktnejšia a neporovnateľne úspornejšia ako súčasné riešenia.

Čítajte viac z kategórie: Novinky