Revolucija v magnetizmu: Na JGU se je začel nov raziskovalni program!

Revolucija v magnetizmu: Na JGU se je začel nov raziskovalni program!

Raziskovalno področje magnetizma se sooča s pomembnimi spremembami z uvedbo novega prednostnega programa (SPP), ki se osredotoča na razvoj nekonvencionalnih magnetnih sistemov. Prof. dr. Jairo Sinova z univerze Johannes Gutenberg Mainz (JGU) usklajuje ta inovativni program, ki se ukvarja z osnovnimi in uporabnimi raziskavami na tem razburljivem področju. Nemška raziskovalna fundacija (DFG) je odobrila SPP z naslovom "Nekonvencionalni magnetizem: Onkraj paradigme magnetizma S-valov" in za naslednja tri leta zagotavlja približno osem milijonov evrov. Projekt se bo uradno začel leta 2026.

Cilj SPP je na novo opredeliti izzive informacijske tehnologije in premakniti meje hitrosti, gostote shranjevanja in učinkovitosti. Posebej se ukvarja z razvojem komponent in naprav, ki temeljijo na nekonvencionalnem magnetizmu. Pomemben koncept v tej raziskavi je "teramagnetna tehnologija", ki bi lahko omogočila tisočkratno povečanje hitrosti in učinkovitosti v primerjavi s trenutnimi tehnologijami. To bi lahko imelo revolucionarne posledice za elektroniko in digitalno komunikacijsko infrastrukturo.

Spremenite magnetizem kot ključno tehnologijo

Ključna komponenta SPP je raziskava alter magnetizma, na novo odkrite tretje vrste magnetizma, ki je bila teoretično napovedana in eksperimentalno potrjena. Alter magnetizem združuje prednosti feromagnetov in antiferomagnetov. Magnetni spini atomov so izmenično poravnani, vendar pod vplivom močnega magnetnega polja. To odpira popolnoma nove možnosti uporabe na področju elektronike in spintronike. Odkritje alternativnega magnetizma so leta 2019 predlagali fiziki iz JGU in Češke akademije znanosti in leta 2021 označili kot specifično magnetno vedenje.

Prej znane oblike magnetizma, kot sta feromagnetizem in antiferomagnetizem, imajo prepričljive lastnosti: feromagneti imajo spine, ki so poravnani v isto smer in ustvarjajo zunanje magnetno polje, medtem ko imajo antiferomagneti antiparalelne spine in zato ne proizvajajo merljivega zunanjega magnetnega polja. Po drugi strani pa alter magneti združujejo lastnosti obeh kategorij, kar ima za posledico spin-polariziran tok. Kljub svojim edinstvenim lastnostim ne proizvajajo zunanjega merljivega magnetnega polja.

Eksperimentalna potrditev in prihodnje perspektive

Pred kratkim so eksperimentalno potrdili spremenjeni magnetizem v kristalni spojini manganov telurid (MnTe), ki je bila prej razvrščena kot antiferomagnet. Z uporabo rentgenske fotoemisijske spektroskopije smo analizirali spinsko cepitev elektronov, pri čemer so rezultati skladni s teoretičnimi napovedmi. To je potrdilo obstoj altermagnetizma in pokazalo, da je bilo identificiranih več kot 200 kandidatov za altermagnetno obnašanje, ki kažejo različne lastnosti izolatorjev, polprevodnikov, kovin in superprevodnikov.

Raziskave altermagnetizma in nov prednostni program vodijo pomembne osebnosti, kot sta prof. dr. Jairo Sinova in dr. Libor Šmejkal. Sinova na JGU dela od leta 2014 in velja za strokovnjaka za magnetne lastnosti v mikroelektroniki. Šmejkal, ki je bil del Sinove skupine do leta 2024, zdaj vodi ekipo na Inštitutu Maxa Plancka za fiziko kompleksnih sistemov v Dresdnu. Njihovo delo bi lahko bilo ključno za napredek teorije in uporabe magnetizma v jutrišnji tehnologiji.

Na splošno je interdisciplinarno sodelovanje med raziskovalnimi skupinami z različnih področij, kot so kondenzirana snov, znanost o materialih in inženiring, v središču prizadevanj za izkoriščanje potenciala nekonvencionalnega magnetizma. Razvoj na tem področju ne bi mogel le razširiti osnov fizike, temveč bi omogočil tudi praktične aplikacije, ki obljubljajo pomemben napredek v informacijski tehnologiji.

Za več informacij o tej temi si lahko preberete poročila iz Univerza v Mainzu in Science.de se posvetovati.