3 Minuten
Naujos spiralės formos magnetizmo atradimas sintetiniuose kristaluose
Tarptautinė mokslininkų komanda pirmą kartą eksperimentiniu būdu aptiko naują magnetizmo rūšį – p-bangos magnetizmą – dvimatėje sintetinto nikelio jodido (NiI2) kristalo plokštelėje. Šis proveržis gali iš esmės pakeisti naujos kartos didelio greičio, energiją taupančius elektronikos ir spintronikos įrenginius bei praplėsti mūsų supratimą apie fundamentaliąją kvantinę fiziką.
„Tai buvo visiškai nauja idėja tuo metu“, – paaiškina dr. Riccardo Comin, Masačusetso technologijos instituto (MIT) fizikas ir vienas pagrindinių tyrėjų. – „Mes pasirinkome ištirti nikelio jodidą, nes jis pasirodė idealiu kandidatu naujam p-bangos magnetizmo tipui parodyti.“
Mokslinis pagrindas: magnetizmo supratimas atominiu mastu
Tradiciniai magnetai veikia dėl išsidėsčiusių elektronų sukinio (spinų), kurių sukurti magnetiniai laukai jungiasi į bendrą kryptį. Tuo tarpu antiferomagnetiniuose medžiagose elektronų sukiniai yra orientuoti priešingomis kryptimis ir todėl jų magnetinis poveikis anuliuojasi.
P-bangos magnetizmas yra savotiškas hibridas – jungiantis feromagnetinių ir antiferomagnetinių medžiagų savybes. Šiame naujame kvantiniame būsenoje nikelio jodido plokštelėse elektronų sukiniai išsidėsto veidrodiniais spiralės raštais. Šios unikalios sukinio struktūros – vadinamos spinų tekstūromis – teoriškai buvo numatytos fizikų, tačiau iki šiol nebuvo pastebėtos realiame kristale.
Eksperimentas: kaip buvo atskleistas spiralinis magnetizmas
Tyrėjai sukūrė itin plonas nikelio jodido sluoksnių plokšteles specialiame aukštos temperatūros krosnyje. Apšviesdami šiuos sintetinius kristalus poliarizuota šviesa, kurios virpesiai sukasi spiralės forma, mokslininkai tiesiogiai vizualizavo teorinius elektronų sukinio spiralės išsidėstymus.
Be stebėjimo, komanda pasiekė dar vieną reikšmingą rezultatą – pavyko elektriškai valdyti šį egzotišką spiralės tipo magnetizmą. Pritaikydami nedidelį elektrinį lauką, mokslininkai galėjo reguliuoti sukinio kryptis ir magnetines savybes pagal poreikį.
Ekspertų įžvalgos
„Mes parodėme, kad šią naują magnetizmo rūšį galima valdyti elektra“, – pabrėžia MIT fizikas Qian Song, išryškindamas atradimo praktinę svarbą. – „Tai atveria kelią naujos kartos itin greitiems, kompaktiškiems, energiją taupantiems ir patvariems magnetinės atminties įrenginiams.“
Poveikis technologijoms ir fundamentinei fizikai
Elektriškai valdomo spiralės magnetizmo atradimas žymi reikšmingą pažangą spintronikoje – pažangioje srityje, kurioje informacijai apdoroti ir saugoti naudojamas ne tik elektronų krūvis, bet ir jų sukinys. Teoriniai modeliai rodo, kad šios magnetiškai valdomos būsenos gali leisti sukurti atminties ir logikos įrenginius, kurie yra kompaktiškesni, spartesni ir daug efektyviau naudoja energiją nei tradicinės elektroninės sistemos.
Vis didėjant dirbtinio intelekto ir kitų technologijų poreikiams, tokie mokslo laimėjimai tampa itin reikšmingi. Dr. Songas pabrėžia: „Pakanka labai silpno elektrinio lauko, kad būtų galima perjungti magnetinę būseną. P-bangos magnetai gali sumažinti energijos sąnaudas net penkiais laipsniais, kas yra nepaprastai svarbu.“
Iššūkiai ir ateities galimybės
Kaip ir daugeliui fundamentalių atradimų, šios technologijos pritaikymas praktikoje reikalauja įveikti tam tikrus techninius iššūkius. Šiuo metu eksperimentai vykdomi specialiose laboratorinėse sąlygose ir reikalauja tiksliai sureguliuotų parametrų. Tačiau įgytos žinios atveria naujas kryptis kvantinių medžiagų, netradicinio magnetizmo ir pažangių atminties technologijų tyrimuose.
Ateityje galime tikėtis, kad elektroniniai įrenginiai bus sukurti taip, jog pagrindinis informacijos apdorojimo ir saugojimo elementas bus elektronų sukinio valdymas, o ne krūvis, taip dar labiau padidinant energijos efektyvumą ir duomenų saugojimą.
Išvada
Spiralės formos p-bangos magnetizmo stebėjimas ir valdymas sintetiniuose nikelio jodido kristaluose žymi istorinį žingsnį kvantinių medžiagų tyrimuose. Derinant fundamentaliąją fiziką su technologinėmis ambicijomis, šis tyrimas ne tik pagilina mūsų žinias apie egzotines magnetines būsenas, bet ir gali iš esmės pakeisti elektronikos ir informacinių technologijų ateitį. Tolimesni tyrimai ateityje gali lemti ypač tankių, greitų ir energiją tausojančių atminties įrenginių atsiradimą, kurie taps atsaku į spartėjančio skaitmeninio pasaulio iššūkius.
Kommentare