Επανάσταση στον μαγνητισμό: Ένα νέο ερευνητικό πρόγραμμα ξεκίνησε στο JGU!

Επανάσταση στον μαγνητισμό: Ένα νέο ερευνητικό πρόγραμμα ξεκίνησε στο JGU!

Το ερευνητικό πεδίο του μαγνητισμού αντιμετωπίζει σημαντικές αλλαγές με την έναρξη ενός νέου Προγράμματος Προτεραιότητας (SPP) που εστιάζει στην ανάπτυξη μη συμβατικών μαγνητικών συστημάτων. Ο καθηγητής Dr. Jairo Sinova από το Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg Mainz (JGU) συντονίζει αυτό το καινοτόμο πρόγραμμα, το οποίο ασχολείται με τη βασική και εφαρμοσμένη έρευνα σε αυτόν τον συναρπαστικό τομέα. Το Γερμανικό Ίδρυμα Ερευνών (DFG) ενέκρινε το SPP με τίτλο «Μη συμβατικός μαγνητισμός: Πέρα από το παράδειγμα του μαγνητισμού S-Wave» και παρέχει περίπου οκτώ εκατομμύρια ευρώ για τα επόμενα τρία χρόνια. Το έργο θα ξεκινήσει επίσημα το 2026.

Το SPP στοχεύει να επαναπροσδιορίσει τις προκλήσεις της τεχνολογίας της πληροφορίας και να ξεπεράσει τα όρια της ταχύτητας, της πυκνότητας αποθήκευσης και της αποτελεσματικότητας. Ασχολείται ιδιαίτερα με την ανάπτυξη εξαρτημάτων και συσκευών που βασίζονται σε αντισυμβατικό μαγνητισμό. Μια εξέχουσα έννοια σε αυτή την έρευνα είναι η «τεραμαγνητική τεχνολογία», η οποία θα μπορούσε να επιτρέψει την αύξηση της ταχύτητας και της απόδοσης χίλιες φορές σε σχέση με τις τρέχουσες τεχνολογίες. Αυτό θα μπορούσε δυνητικά να έχει επαναστατικές επιπτώσεις για τις ηλεκτρονικές και ψηφιακές υποδομές επικοινωνιών.

Αλλαγή μαγνητισμού ως βασική τεχνολογία

Ένα βασικό συστατικό του SPP είναι η έρευνα για τον εναλλακτικό μαγνητισμό, έναν πρόσφατα ανακαλυφθέν τρίτο τύπο μαγνητισμού που έχει προβλεφθεί θεωρητικά και έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά. Ο εναλλακτικός μαγνητισμός συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των σιδηρομαγνητών και των αντισιδηρομαγνητών. Τα μαγνητικά σπιν των ατόμων ευθυγραμμίζονται εναλλάξ, αλλά υπό την επίδραση ενός ισχυρού μαγνητικού πεδίου. Αυτό ανοίγει εντελώς νέες δυνατότητες εφαρμογής στους τομείς της ηλεκτρονικής και της σπιντρονικής. Η ανακάλυψη του εναλλακτικού μαγνητισμού υποβλήθηκε από φυσικούς από το JGU και την Τσεχική Ακαδημία Επιστημών το 2019 και χαρακτηρίστηκε ως συγκεκριμένη μαγνητική συμπεριφορά το 2021.

Προηγουμένως γνωστές μορφές μαγνητισμού, όπως ο σιδηρομαγνητισμός και ο αντισιδηρομαγνητισμός, έχουν πειστικές ιδιότητες: οι σιδηρομαγνήτες έχουν περιστροφές που ευθυγραμμίζονται προς την ίδια κατεύθυνση και δημιουργούν εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, ενώ οι αντισιδηρομαγνήτες έχουν αντιπαράλληλες περιστροφές και επομένως δεν παράγουν μετρήσιμο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Οι αλλεργικοί μαγνήτες, από την άλλη πλευρά, συνδυάζουν τις ιδιότητες και των δύο κατηγοριών, με αποτέλεσμα ένα πολωμένο ρεύμα σπιν. Παρά τις μοναδικές τους ιδιότητες, δεν παράγουν εξωτερικά μετρήσιμο μαγνητικό πεδίο.

Πειραματική επιβεβαίωση και μελλοντικές προοπτικές

Πρόσφατα, ο εναλλακτικός μαγνητισμός επιβεβαιώθηκε πειραματικά στην κρυσταλλική ένωση τελλουρίδιο του μαγγανίου (MnTe), που προηγουμένως είχε ταξινομηθεί ως αντισιδηρομαγνήτης. Με τη χρήση φασματοσκοπίας φωτοεκπομπής ακτίνων Χ, αναλύθηκε η διάσπαση του σπιν ηλεκτρονίων, με αποτελέσματα σύμφωνα με τις θεωρητικές προβλέψεις. Αυτό επιβεβαίωσε την ύπαρξη του αλτρομαγνητισμού και δείχνει ότι έχουν εντοπιστεί πάνω από 200 υποψήφιοι για αλτρομαγνητική συμπεριφορά, που παρουσιάζουν μια ποικιλία ιδιοτήτων μονωτών, ημιαγωγών, μετάλλων και υπεραγωγών.

Η έρευνα για τον εναλλακτικό μαγνητισμό και το νέο πρόγραμμα προτεραιότητας καθοδηγείται από σημαντικές προσωπικότητες όπως ο καθηγητής Dr. Jairo Sinova και ο Dr. Libor Šmejkal. Η Sinova εργάζεται στην JGU από το 2014 και θεωρείται ειδικός στις μαγνητικές ιδιότητες στη μικροηλεκτρονική. Ο Šmejkal, ο οποίος ήταν μέλος της ομάδας του Sinova μέχρι το 2024, τώρα ηγείται μιας ομάδας στο Ινστιτούτο Max Planck για τη Φυσική των Σύνθετων Συστημάτων στη Δρέσδη. Το έργο τους θα μπορούσε να είναι το κλειδί για την προώθηση της θεωρίας και της εφαρμογής του μαγνητισμού στην τεχνολογία του αύριο.

Συνολικά, η διεπιστημονική συνεργασία μεταξύ ερευνητικών ομάδων από διαφορετικούς τομείς όπως η συμπυκνωμένη ύλη, η επιστήμη των υλικών και η μηχανική βρίσκεται στο επίκεντρο των προσπαθειών για την εκμετάλλευση των δυνατοτήτων του μη συμβατικού μαγνητισμού. Οι εξελίξεις σε αυτόν τον τομέα θα μπορούσαν όχι μόνο να επεκτείνουν τις βασικές αρχές της φυσικής, αλλά και να επιτρέψουν πρακτικές εφαρμογές που υπόσχονται σημαντικές προόδους στην τεχνολογία της πληροφορίας.

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτό το θέμα, μπορείτε να διαβάσετε τις αναφορές από Πανεπιστήμιο του Μάιντς και Science.de να συμβουλευτείτε.