Revolutsioon magnetismis: JGU-s algas uus uurimisprogramm!

Revolutsioon magnetismis: JGU-s algas uus uurimisprogramm!

Magnetismi uurimisvaldkond seisab silmitsi oluliste muutustega, kuna käivitatakse uus prioriteetne programm (SPP), mis keskendub ebatavaliste magnetsüsteemide arendamisele. Prof dr Jairo Sinova Mainzi Johannes Gutenbergi ülikoolist (JGU) koordineerib seda uuenduslikku programmi, mis tegeleb selle põneva valdkonna alus- ja rakendusuuringutega. Saksa Teadusfond (DFG) kiitis heaks SPP pealkirjaga "Ebatavaline magnetism: väljaspool S-laine magnetismi paradigmat" ja annab järgmiseks kolmeks aastaks umbes kaheksa miljonit eurot. Projekt algab ametlikult 2026. aastal.

SPP eesmärk on uuesti määratleda infotehnoloogia väljakutsed ning nihutada kiiruse, salvestustiheduse ja tõhususe piire. See on eriti mures ebatavalisel magnetismil põhinevate komponentide ja seadmete arendamisel. Selle uurimistöö silmapaistev kontseptsioon on "teramagnetiline tehnoloogia", mis võib võimaldada kiirust ja tõhusust tuhat korda suurendada võrreldes praeguste tehnoloogiatega. Sellel võib olla revolutsiooniline mõju elektroonikale ja digitaalse side infrastruktuurile.

Muuda magnetismi kui võtmetehnoloogiat

SPP põhikomponent on altermagnetismi uurimine, äsja avastatud kolmas magnetismi tüüp, mida on teoreetiliselt ennustatud ja eksperimentaalselt kinnitatud. Alter magnetism ühendab endas ferromagnetite ja antiferromagnetite eelised. Aatomite magnetspinnid on vaheldumisi joondatud, kuid tugeva magnetvälja mõjul. See avab täiesti uued rakendusvõimalused elektroonika ja spintroonika valdkonnas. JGU ja Tšehhi Teaduste Akadeemia füüsikud postuleerisid 2019. aastal altermagnetismi avastamist ning 2021. aastal iseloomustati seda spetsiifilise magnetilise käitumisena.

Varem tuntud magnetismi vormid, nagu ferromagnetism ja antiferromagnetism, omavad veenvaid omadusi: ferromagnetitel on spinnid, mis on joondatud samas suunas ja tekitavad välise magnetvälja, antiferromagnetidel on aga antiparalleelsed spinnid ja seetõttu ei teki mõõdetavat välist magnetvälja. Teisest küljest ühendavad altermagnetid mõlema kategooria omadused, mille tulemuseks on spin-polariseeritud vool. Vaatamata ainulaadsetele omadustele ei tekita need väliselt mõõdetavat magnetvälja.

Eksperimentaalne kinnitus ja tulevikuperspektiivid

Hiljuti kinnitati eksperimentaalselt muudetud magnetismi kristallilises ühendis mangaantelluriidis (MnTe), mis oli varem klassifitseeritud antiferromagnetiks. Röntgenkiirguse fotoemissioonispektroskoopia abil analüüsiti elektronide spinni jagunemist, mille tulemused olid kooskõlas teoreetiliste ennustustega. See kinnitas altermagnetismi olemasolu ja näitab, et on tuvastatud üle 200 altermagnetilise käitumise kandidaadi, millel on erinevad isolaatorite, pooljuhtide, metallide ja ülijuhtide omadused.

Altermagnetismi ja uue prioriteetse programmi uurimist juhivad sellised olulised isiksused nagu prof dr Jairo Sinova ja dr Libor Šmejkal. Sinova on JGU-s töötanud alates 2014. aastast ja teda peetakse mikroelektroonika magnetiliste omaduste eksperdiks. Šmejkal, kes kuulus Sinova gruppi kuni 2024. aastani, juhib nüüd meeskonda Max Plancki komplekssüsteemide füüsika instituudis Dresdenis. Nende töö võib olla võti magnetismi teooria ja rakendamise edendamisel homse tehnoloogia valdkonnas.

Üldiselt on ebatavalise magnetismi potentsiaali ärakasutamise jõupingutuste keskmes interdistsiplinaarne koostöö erinevate valdkondade uurimisrühmade vahel, nagu kondenseeritud aine, materjaliteadus ja inseneritöö. Selle valdkonna areng ei võimalda mitte ainult laiendada füüsika põhialuseid, vaid võimaldada ka praktilisi rakendusi, mis lubavad infotehnoloogias olulisi edusamme.

Selle teema kohta lisateabe saamiseks võite lugeda aruandeid aadressilt Mainzi ülikool ja Science.de konsulteerida.