Расширение границ нашего понимания и управления магнитным поведением в микроструктурах — ключ к развитию будущих технологий, особенно в электронике, где используется спин частиц — свойство, связанное с квантовой механикой и влияющее на магнитное поведение.
Новое исследование посвящено магнитному свойству под названием альтермагнетизм — недавно выявленному типу магнетизма, который ведёт себя не так, как традиционные магниты. В отличие от обычных магнитов, альтермагниты не создают общего магнитного поля, но всё равно демонстрируют поведение, нарушающее обычные правила временной симметрии. Это означает, что их внутренние свойства меняются при обращении направления времени. Такое редкое сочетание характеристик позволяет использовать их в электронике, где важно избегать магнитных помех. Ранее учёные могли обнаруживать эти свойства только путём усреднения сигналов по большим областям. Теперь же им впервые удалось увидеть и воздействовать на них на невероятно малых масштабах.
Ведущие исследователи доктор Оливер Амин, профессор Питер Уодли и их команда из Ноттингемского университета совместно с партнёрами со всего мира показали, как эти магнитные структуры проявляются в таком материале, как теллурид марганца — кристалле, состоящем из атомов марганца и теллура. Их работа опубликована в журнале Nature. Учёные использовали специальные методы рентгеновского анализа, которые по-разному реагируют на магнитные направления, известные как магнитный круговой дихроизм и магнитный линейный дихроизм. Эти методы выделяют различные магнитные свойства в зависимости от поляризации света. Объединив эти методы с мощными микроскопами, они создали красочные карты, показывающие, как устроены внутренние магнитные направления. На этих изображениях видны вихревые узоры, границы между различными областями и гладкие участки, где всё направлено в одну сторону.
Работа доктора Амина и профессора Уодли с очень тонкими плёнками теллурида марганца выявила множество типов магнитных структур. Учёные смогли сформировать эти структуры, разрезая материал на мелкие формы и регулируя температуру при приложении магнитных полей. В крошечных шестиугольниках и треугольниках они создали вращающиеся узоры и парные завихрения, которые формировались естественным путём. Эти структуры не создавали магнитного притяжения извне, что доказывало их особую природу и полезность в устройствах, где необходимо избегать помех от магнитов.
Одним из особенно полезных результатов стала возможность выбирать направление внутренних векторов, просто охлаждая материал в слабом магнитном поле. Это позволило формировать гладкие, устойчивые области шириной примерно с человеческий волос. В одном из примеров шестиугольная форма смогла изменить свой узор в зависимости от направления поля, используемого во время охлаждения. Возможность делать это показывает, насколько полезны могут быть альтермагнитные материалы для памяти или компьютерных устройств, которые можно настраивать по требованию.
«Мы напрямую экспериментально определили, что вектор порядка, описывающий направление и природу внутренней магнитной структуры, совершает поворот на 360 градусов по часовой стрелке вокруг первой вихревой нанотекстуры», — пояснил доктор Амин, имея в виду наблюдаемое векторное поле в теллуриде марганца. В другом примере профессор Уодли отметил: «Для разрешения полного угла намотки вектора порядка на 720 градусов требуется образование пары антивихрей в центре шестиугольника». Эти результаты знаменуют собой первую чёткую и детальную визуализацию направлений альтермагнитных текстур.
Возможность видеть и корректировать эти особые магнитные структуры важна не только для физики. Команда отмечает, что эти структуры стабильны и могут работать быстро и эффективно, что делает их перспективными для будущих компьютерных систем памяти и систем, вдохновлённых работой мозга, известных как нейроморфные вычисления. Поскольку альтермагниты также могут работать с материалами, не проводящими электричество, такими как изоляторы, или с материалами, имеющими необычное течение электронов, такими как топологические материалы, они могут хорошо вписаться в новые виды электронных устройств.
Это исследование закладывает прочную основу и открывает двери для дальнейших исследований этого необычного типа магнетизма. Оно также показывает, насколько полезно сочетать мощные инструменты визуализации с крошечными изготовленными структурами и простыми магнитными полями. По мере того как растёт интерес к поиску новых типов магнитного поведения, которые позволяют избежать проблем традиционных магнитов, эта работа подчёркивает, что возможно как в науке, так и в технике.
**Ссылки на журналы**
Amin O.J., Dal Din A., Golias E., et al. «Nanoscale imaging and control of altermagnetism in MnTe.» Nature, 2024; 636: 348-353. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08234-x
**Об авторах**
Доктор Оливер Амин — физик, специализирующийся на магнетизме и наноструктурах. Работает в Ноттингемском университете, где занимается изучением новых магнитных состояний в кристаллах и тонких плёнках. Его исследования сочетают передовые инструменты визуализации и методы нанопроизводства для изучения магнитного порядка в чрезвычайно малых масштабах. Как один из ведущих исследователей недавнего исследования альтермагнетизма в теллуриде марганца, доктор Амин внёс вклад в развитие нашего понимания магнитных свойств, не следующих обычным правилам. Его особенно интересуют материалы, открывающие новые возможности для быстрых и эффективных вычислительных технологий.
Профессор Питер Уодли — ведущий эксперт по магнитным материалам и спинтронике в Ноттингемском университете. Его работа посвящена пониманию того, как магнетизм действует в материалах, лишённых традиционных магнитных полей, но всё равно демонстрирующих полезное электронное поведение. Имея опыт в физике конденсированных сред, профессор Уодли разработал несколько методов управления магнетизмом и его визуализации в наномасштабе. Его исследования направлены на соединение фундаментальной науки с практическими приложениями в электронике следующего поколения.
Добавить комментарий