Μια διεθνής ερευνητική ομάδα έχει για πρώτη φορά απεικονίσει και ελέγξει έναν τύπο μαγνητικής ροής που ονομάζεται αλτερμαγνητισμός, ο οποίος, σύμφωνα με τους φυσικούς, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη ταχύτερων και πιο αξιόπιστων ηλεκτρονικών συσκευών.
Ένα πρωτοποριακό πείραμα σε ένα ισχυρό μικροσκόπιο ακτίνων-Χ στη Σουηδία παρέχει άμεση απόδειξη της ύπαρξης του αλτερμαγνητισμού, σύμφωνα με δημοσίευση στο Nature την Τετάρτη. Τα αλτερμαγνητικά υλικά μπορούν να διατηρούν μαγνητική δραστηριότητα χωρίς τα ίδια να είναι μαγνητικά. Η ομάδα από το βρετανικό πανεπιστήμιο του Νότιγχαμ που ηγήθηκε της έρευνας δήλωσε ότι η ανακάλυψη έχει επαναστατικές δυνατότητες για τη βιομηχανία ηλεκτρονικών.
«Οι αλτερμαγνήτες έχουν τη δυνατότητα να οδηγήσουν σε χιλιαπλάσια αύξηση της ταχύτητας των μικροηλεκτρονικών εξαρτημάτων και της ψηφιακής μνήμης, ενώ είναι πιο ανθεκτικά και ενεργειακά αποδοτικά», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Peter Wadley, ερευνητής της Royal Society στο Nottingham.
Οι σκληροί δίσκοι και άλλα εξαρτήματα που στηρίζουν τη σύγχρονη βιομηχανία ηλεκτρονικών υπολογιστών επεξεργάζονται δεδομένα σε σιδηρομαγνητικά υλικά, των οποίων ο εγγενής μαγνητισμός περιορίζει την ταχύτητα και την πυκνότητα συσκευασίας τους. Η χρήση αλτρομαγνητικών υλικών θα επιτρέψει τη ροή του ρεύματος σε μη μαγνητικά προϊόντα.
«Η πιο απλή εφαρμογή του αλτερμαγνητισμού είναι η αναπαραγωγή των δομικών στοιχείων των σημερινών συσκευών μνήμης», δήλωσε ο Wadley. «Η χρήση αλτερμαγνητών ως αντικαταστάτες θα πρέπει να οδηγήσει σε πολύ ταχύτερη, αποδοτικότερη και πιο βιώσιμη τεχνολογία».
Οι μαγνητικές ιδιότητες ενός υλικού εξαρτώνται από το σπιν των ηλεκτρονίων του. Σε σιδηρομαγνητικά υλικά όπως ο σίδηρος, τα οποία ανταποκρίνονται έντονα στα μαγνητικά πεδία, τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται όλα παράλληλα με τα γειτονικά τους. Στον αντιφερρομαγνητισμό, τον άλλο καθιερωμένο τύπο μαγνητισμού, τα γειτονικά ηλεκτρόνια περιστρέφονται προς αντίθετες κατευθύνσεις και επομένως αλληλοεξουδετερώνονται, οπότε το υλικό στο σύνολό του δεν ανταποκρίνεται σε ένα εξωτερικό πεδίο.
Στα αλτρομαγνητικά υλικά τα σπιν των ηλεκτρονίων είναι επίσης αντιπαράλληλα, αλλά τα άτομα και τα ηλεκτρόνια που τα συνοδεύουν περιστρέφονται με ασυνήθιστο τρόπο μέσα στην κρυσταλλική δομή. Ένας τέτοιος «μαγνητισμός με συστροφή» παρέχει χρήσιμες ιδιότητες, δήλωσε ο Wadley.
Εικόνες από τον ανιχνευτή ακτίνων Χ στο Εργαστήριο Max IV στο Lund της νότιας Σουηδίας, δείχνουν ρεύματα να στροβιλίζονται προς διάφορες κατευθύνσεις μέσα σε λεπτούς κρυστάλλους ενός ημιαγωγού τελλουρίτη του μαγγανίου, καθώς εφαρμόστηκε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Οι ερευνητές δημιούργησαν μαγνητικές δίνες που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την αποθήκευση και επεξεργασία πληροφοριών.
Οι φυσικοί εντόπισαν ενδείξεις ενός νέου μαγνητικού φαινομένου γύρω στο 2020 και ο όρος αλτερμαγνητισμός χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 2022.
«Η τελευταία μας ανακάλυψη κάνει τον αλτερμαγνητισμό πραγματικότητα», δήλωσε ο Wadley. «Χρησιμοποιούμε μικροσκοπία για να δούμε τη μαγνητική τάξη με πρωτοφανή λεπτομέρεια. Μπορούμε να μετρήσουμε και να ελέγξουμε αυτές τις ιδιότητες με τρόπους που κανένα άλλο μαγνητικό σύστημα δεν επιτρέπει».
Η Claire Donnelly, επικεφαλής της ομάδας στο Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για τη Χημική Φυσική των Στερεών στη Δρέσδη, η οποία δεν συμμετείχε στην έρευνα, έκανε λόγο για «ένα πραγματικά μεγάλο βήμα προς την κατεύθυνση να δούμε την πραγματικότητα του αλτερμαγνητισμού και πώς θα μπορούσαμε να τον χρησιμοποιήσουμε για μελλοντικές συσκευές».
Ο Wadley δήλωσε ότι τον τελευταίο χρόνο έχουν αναρτηθεί 200 επιστημονικές εργασίες σχετικά με τον αλτερμαγνητισμό. «Αυτό δεν είναι μια αναλαμπή στο τηγάνι», είπε. «Είναι η αρχή για κάτι πραγματικά σημαντικό».
«Πρέπει να βρούμε ένα υποψήφιο αλτερμαγνητικό υλικό και έναν τρόπο επεξεργασίας του σε βιομηχανική κλίμακα», πρόσθεσε ο Wadley. «Δεν είναι εξωπραγματικό να υποθέσουμε ότι μπορεί να απέχει 10 χρόνια από την εφαρμογή του στα ηλεκτρονικά».
Το τελλουριούχο μαγγάνιο είναι μάλλον ακατάλληλο για βιομηχανικές εφαρμογές, αν και ένας άλλος αλτρομαγνητικός ημιαγωγός, το αντιμονίδιο του χρωμίου, θα μπορούσε να είναι. Οι φυσικοί προβλέπουν ότι περισσότερες από 100 ενώσεις θα παρουσιάζουν αλτερμαγνητική συμπεριφορά.
Οι επιστήμονες κινητοποιούνται για να προσελκύσουν χρηματοδότηση για την έρευνα του αλτερμαγνητισμού σε μεγαλύτερη κλίμακα, ίσως με βιομηχανική συμμετοχή – αν και η θέση της πατέντας για την τεχνολογία είναι αβέβαιη, δήλωσε ο Wadley.
Ο Donnelly είναι συγκρατημένα αισιόδοξος για τις προοπτικές των πρακτικών εφαρμογών του αλτερμαγνητισμού. «Αν οι προβλέψεις επαληθευτούν, μπορώ να φανταστώ ότι αυτό θα έχει αρκετά μεγάλο αντίκτυπο στην κοινωνία», είπε.
Clive Cookson, Financial Times
Τ.Σ.
στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
