Cercetătorii deschid o nouă frontieră în fizică: Au apărut primele dovezi experimentale ale unui nou tip de magnetism

O echipă internațională de fizicieni a obținut primele dovezi experimentale ale altermagnetismului, o formă de magnetism identificată relativ recent și considerată promițătoare pentru dezvoltarea unor tehnologii electronice de nouă generație.

Cercetătorii au demonstrat fenomenul într-un material stratificat, Co₁/₄TaSe₂, format din cobalt, tantal și seleniu. Rezultatele studiului au fost publicate în revista Nature Communications.

Descoperirea ar putea deschide noi direcții pentru dezvoltarea spintronicii, a memoriilor ultrarapide, a rețelelor terahertz și a electronicii cu un consum redus de energie.

În mod tradițional, magnetismul este asociat cu două forme principale. În cazul feromagnetismului, momentele magnetice ale particulelor dintr-un material sunt orientate în aceeași direcție, generând un câmp magnetic puternic, cu poli nord și sud.

Feromagnetismul are însă un dezavantaj pentru anumite aplicații electronice, deoarece poate produce câmpuri magnetice parazite, capabile să interfereze cu cipurile și alte componente, notează Science Alert.

În cazul antiferomagnetismului, momentele magnetice sunt orientate în direcții opuse și se anulează reciproc. Astfel, materialul nu generează un câmp magnetic extern important, însă această configurație limitează anumite proprietăți utile pentru manipularea spinului electronilor.

Altermagnetismul combină anumite avantaje ale celor două forme.

Pentru a obține cristalele necesare experimentului, cercetătorii au încălzit componentele materialului la peste 900 de grade Celsius timp de aproximativ două săptămâni.

Materialul este alcătuit din straturi de tantal și seleniu, între care sunt inserați atomi de cobalt. Structura rezultată le permite cercetătorilor să studieze modul în care electronii și spinul acestora se comportă în interiorul materialului.

Pentru a confirma proprietățile altermagnetice, echipa a combinat modelarea cuantică cu o tehnică experimentală numită spectroscopie de fotoemisie rezolvată în unghi, ARPES.

Metoda permite analizarea electronilor expulzați dintr-un material după expunerea la lumină și oferă informații despre energia și direcția acestora.

Experimentele au arătat că structura benzilor energetice este divizată, iar stările respective prezintă polarizări de spin opuse. Cu alte cuvinte, materialul poate separa electronii în funcție de starea lor de spin, fără să genereze câmpurile magnetice parazite asociate în mod obișnuit cu feromagnetismul.

Proprietățile descoperite sunt importante pentru spintronică, un domeniu care încearcă să folosească nu doar sarcina electrică a electronilor pentru procesarea și stocarea informațiilor, ci și spinul acestora.

Spre deosebire de electronica tradițională, unde informația este transportată prin curenți electrici, dispozitivele spintronice pot exploata stările de spin ale electronilor. În perspectivă, acest lucru ar putea contribui la dezvoltarea unor memorii mai rapide și mai eficiente energetic.

Madhab Neupane, profesor de fizică la Universitatea din Florida Centrală și autor corespondent al studiului, afirmă că materialele altermagnetice se remarcă prin capacitatea de a genera și detecta curenți de spin fără efectele nedorite asociate câmpurilor magnetice parazite.

La rândul său, Milo Sprague, fizician experimental la aceeași universitate și autor principal al cercetării, spune că identificarea altermagnetismului într-o platformă de materiale care poate fi modificată relativ ușor oferă cercetătorilor posibilitatea de a studia noi fenomene cuantice.

Cercetătorii subliniază însă că sunt necesare studii suplimentare pentru a înțelege pe deplin proprietățile altermagnetismului și modul în care acesta interacționează cu alte fenomene magnetice.

Dacă rezultatele vor fi confirmate și dezvoltate în aplicații practice, materialele altermagnetice stratificate ar putea deveni o componentă importantă a electronicii de generație următoare, în special în dispozitivele unde dimensiunile reduse, viteza și eficiența energetică sunt esențiale.