Revolutie in magnetisme: nieuw onderzoeksprogramma gestart bij JGU!

Revolutie in magnetisme: nieuw onderzoeksprogramma gestart bij JGU!

Het onderzoeksveld van magnetisme wordt geconfronteerd met aanzienlijke veranderingen met de lancering van een nieuw Prioritair Programma (SPP) dat zich richt op de ontwikkeling van onconventionele magnetische systemen. Prof. Dr. Jairo Sinova van de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz (JGU) coördineert dit innovatieve programma, dat zich bezighoudt met fundamenteel en toegepast onderzoek op dit opwindende gebied. De Duitse Onderzoeksstichting (DFG) heeft het SPP met de titel ‘Onconventioneel magnetisme: voorbij het paradigma van het S-golfmagnetisme’ goedgekeurd en stelt voor de komende drie jaar ongeveer acht miljoen euro ter beschikking. Het project gaat officieel van start in 2026.

Het SPP heeft tot doel de uitdagingen van de informatietechnologie opnieuw te definiëren en de grenzen van snelheid, opslagdichtheid en efficiëntie te verleggen. Het houdt zich vooral bezig met de ontwikkeling van componenten en apparaten op basis van onconventioneel magnetisme. Een prominent concept in dit onderzoek is ‘teramagnetische technologie’, waarmee de snelheid en efficiëntie duizendvoudig kunnen worden verhoogd ten opzichte van de huidige technologieën. Dit zou mogelijk revolutionaire gevolgen kunnen hebben voor de elektronica en de digitale communicatie-infrastructuur.

Verander magnetisme als sleuteltechnologie

Een belangrijk onderdeel van het SPP is onderzoek naar altermagnetisme, een nieuw ontdekt derde type magnetisme dat theoretisch is voorspeld en experimenteel is bevestigd. Altermagnetisme combineert de voordelen van ferromagneten en antiferromagneten. De magnetische spins van de atomen zijn afwisselend uitgelijnd, maar onder invloed van een sterk magnetisch veld. Dit opent volledig nieuwe toepassingsmogelijkheden op het gebied van elektronica en spintronica. De ontdekking van alternatief magnetisme werd in 2019 gepostuleerd door natuurkundigen van JGU en de Tsjechische Academie van Wetenschappen en gekarakteriseerd als specifiek magnetisch gedrag in 2021.

Eerder bekende vormen van magnetisme, zoals ferromagnetisme en antiferromagnetisme, hebben overtuigende eigenschappen: ferromagneten hebben spins die in dezelfde richting zijn uitgelijnd en een extern magnetisch veld genereren, terwijl antiferromagneten antiparallelle spins hebben en dus geen meetbaar extern magnetisch veld produceren. Altermagneten combineren daarentegen de eigenschappen van beide categorieën, wat resulteert in een spin-gepolariseerde stroom. Ondanks hun unieke eigenschappen produceren ze geen extern meetbaar magnetisch veld.

Experimentele bevestiging en toekomstperspectieven

Onlangs werd ander magnetisme experimenteel bevestigd in de kristallijne verbinding mangaantelluride (MnTe), die eerder werd geclassificeerd als een antiferromagneet. Door gebruik te maken van röntgenfoto-emissiespectroscopie werd de elektronenspinsplitsing geanalyseerd, met resultaten die consistent waren met theoretische voorspellingen. Dit bevestigde het bestaan ​​van altermagnetisme en toont aan dat er meer dan 200 kandidaten voor altermagnetisch gedrag zijn geïdentificeerd, die een verscheidenheid aan eigenschappen van isolatoren, halfgeleiders, metalen en supergeleiders vertonen.

Het onderzoek naar alter magnetisme en het nieuwe prioriteitenprogramma wordt geleid door belangrijke persoonlijkheden zoals prof. dr. Jairo Sinova en dr. Libor Šmejkal. Sinova werkt sinds 2014 bij JGU en wordt beschouwd als een expert op het gebied van magnetische eigenschappen in de micro-elektronica. Šmejkal, die tot 2024 deel uitmaakte van Sinova's groep, leidt nu een team aan het Max Planck Instituut voor de Fysica van Complexe Systemen in Dresden. Hun werk zou de sleutel kunnen zijn tot het bevorderen van de theorie en toepassing van magnetisme in de technologie van morgen.

Over het geheel genomen staat interdisciplinaire samenwerking tussen onderzoeksteams uit verschillende gebieden, zoals gecondenseerde materie, materiaalkunde en techniek, centraal in de inspanningen om het potentieel van onconventioneel magnetisme te benutten. Ontwikkelingen op dit gebied kunnen niet alleen de grondbeginselen van de natuurkunde uitbreiden, maar ook praktische toepassingen mogelijk maken die aanzienlijke vooruitgang in de informatietechnologie beloven.

Voor meer informatie over dit onderwerp kunt u de rapporten van lezen Universiteit van Mainz En Science.de geraadpleegd worden.