Rewolucja w magnetyzmie: Ruszył nowy program badawczy w JGU!

Rewolucja w magnetyzmie: Ruszył nowy program badawczy w JGU!

Dziedzina badań nad magnetyzmem stoi w obliczu znaczących zmian wraz z uruchomieniem nowego Programu Priorytetowego (SPP), który koncentruje się na rozwoju niekonwencjonalnych układów magnetycznych. Prof. dr Jairo Sinova z Uniwersytetu Jana Gutenberga w Moguncji (JGU) koordynuje ten innowacyjny program, który dotyczy badań podstawowych i stosowanych w tej ekscytującej dziedzinie. Niemiecka Fundacja Badawcza (DFG) zatwierdziła program SPP zatytułowany „Niekonwencjonalny magnetyzm: poza paradygmatem magnetyzmu fali S” i przeznaczy około ośmiu milionów euro na następne trzy lata. Projekt oficjalnie rozpocznie się w 2026 roku.

Celem SPP jest ponowne zdefiniowanie wyzwań technologii informatycznych i przesunięcie granic szybkości, gęstości przechowywania i wydajności. Zajmuje się szczególnie rozwojem komponentów i urządzeń wykorzystujących niekonwencjonalny magnetyzm. Najważniejszą koncepcją w tych badaniach jest „technologia teramagnetyczna”, która mogłaby umożliwić tysiąckrotne zwiększenie szybkości i wydajności w porównaniu z obecnymi technologiami. Może to potencjalnie mieć rewolucyjne konsekwencje dla elektroniki i infrastruktury komunikacji cyfrowej.

Zmiana magnetyzmu jako kluczowej technologii

Kluczowym elementem SPP są badania nad magnetyzmem alternatywnym, nowo odkrytym trzecim typem magnetyzmu, który został przewidziany teoretycznie i potwierdzony eksperymentalnie. Magnetyzm alternatywny łączy w sobie zalety ferromagnesów i antyferromagnesów. Spiny magnetyczne atomów układają się naprzemiennie, ale pod wpływem silnego pola magnetycznego. Otwiera to zupełnie nowe możliwości zastosowań w obszarach elektroniki i spintroniki. Odkrycie alter magnetyzmu było postulowane przez fizyków z JGU i Czeskiej Akademii Nauk w 2019 r. i scharakteryzowane jako specyficzne zachowanie magnetyczne w 2021 r.

Znane wcześniej formy magnetyzmu, takie jak ferromagnetyzm i antyferromagnetyzm, mają przekonujące właściwości: ferromagnetyki mają spiny ułożone w tym samym kierunku i wytwarzają zewnętrzne pole magnetyczne, podczas gdy antyferromagnetyki mają spiny antyrównoległe i dlatego nie wytwarzają mierzalnego zewnętrznego pola magnetycznego. Z drugiej strony magnesy Alter łączą właściwości obu kategorii, tworząc prąd spolaryzowany spinowo. Pomimo swoich unikalnych właściwości, nie wytwarzają mierzalnego zewnętrznie pola magnetycznego.

Potwierdzenie eksperymentalne i perspektywy na przyszłość

Niedawno potwierdzono eksperymentalnie alter magnetyzm w krystalicznym związku tellurku manganu (MnTe), który wcześniej był klasyfikowany jako antyferromagnetyk. Za pomocą rentgenowskiej spektroskopii fotoemisyjnej przeanalizowano rozszczepienie spinu elektronów, a wyniki były zgodne z przewidywaniami teoretycznymi. Potwierdziło to istnienie altermagnetyzmu i pokazało, że zidentyfikowano ponad 200 kandydatów na zachowanie altermagnetyczne, wykazujących różnorodne właściwości izolatorów, półprzewodników, metali i nadprzewodników.

Badaniami nad magnetyzmem alternatywnym i nowym programem priorytetowym kierują ważne osobistości, takie jak prof. dr Jairo Sinova i dr Libor Šmejkal. Sinova pracuje w JGU od 2014 roku i jest uważana za eksperta w zakresie właściwości magnetycznych w mikroelektronice. Šmejkal, który do 2024 r. był częścią grupy Sinovy, obecnie kieruje zespołem w Instytucie Fizyki Układów Złożonych Maxa Plancka w Dreźnie. Ich praca może okazać się kluczem do rozwoju teorii i zastosowania magnetyzmu w technologii jutra.

Ogólnie rzecz biorąc, interdyscyplinarna współpraca między zespołami badawczymi z różnych dziedzin, takich jak materia skondensowana, inżynieria materiałowa i inżynieria, znajduje się w centrum wysiłków mających na celu wykorzystanie potencjału niekonwencjonalnego magnetyzmu. Rozwój w tej dziedzinie mógłby nie tylko poszerzyć podstawy fizyki, ale także umożliwić praktyczne zastosowania, które stanowią obietnicę znacznego postępu w technologii informacyjnej.

Więcej informacji na ten temat można przeczytać w raportach z Uniwersytet w Moguncji I Science.de skonsultować się.