Onderzoekers demonstreren elektrische creatie en controle van antiferromagnetische wervels

Een nieuwe studie heeft voor het eerst aangetoond hoe elektrische creatie en controle van magnetische wervels in een antiferromagneet kan worden bereikt, een ontdekking die de gegevensopslagcapaciteit en snelheid van apparaten van de volgende generatie zal vergroten.

Onderzoekers van de School of Physics and Astronomy van de University of Nottingham hebben magnetische beeldvormingstechnieken gebruikt om de structuur van nieuw gevormde magnetische wervelingen in kaart te brengen en hun heen en weer gaande beweging als gevolg van afwisselende elektrische pulsen te demonstreren. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie.

“Dit is een opwindend moment voor ons, deze magnetische wervels zijn voorgesteld als informatiedragers in geheugenapparaten van de volgende generatie, maar bewijs van hun bestaan ​​in antiferromagneten is tot nu toe schaars geweest. Nu hebben we ze niet alleen gegenereerd, maar ook verplaatst Dit is opnieuw een succes voor ons materiaal, CuMnAs, dat de afgelopen jaren centraal heeft gestaan ​​in verschillende doorbraken in antiferromagnetische spintronica”, zegt Oliver Amin.

CuMnAs heeft een specifieke kristalstructuur, gegroeid in bijna volledig vacuüm, atoomlaag voor atoomlaag. Het is aangetoond dat het zich gedraagt ​​als een schakelaar wanneer het wordt gepulseerd met elektrische stromen, en de onderzoeksgroep in Nottingham, geleid door Dr. Peter Wadley, heeft samen met internationale medewerkers “ingezoomd” op de magnetische texturen die worden bestuurd; eerst met de demonstratie van bewegende domeinmuren, en nu met het genereren en beheersen van magnetische wervels.

De sleutel tot dit onderzoek is een magnetische beeldvormingstechniek genaamd foto-emissie-elektronenmicroscopie, die werd uitgevoerd in de Britse synchrotron-faciliteit, Diamond Light Source. De synchrotron produceert een gecollimeerde bundel gepolariseerde röntgenstralen, die op het monster wordt geschenen om de magnetische toestand te onderzoeken. Dit zorgt voor een ruimtelijke resolutie van micromagnetische texturen zo klein als 20 nanometer groot.

Magnetische materialen zijn al eeuwenlang technologisch belangrijk, van het kompas tot moderne harde schijven. Bijna al deze materialen behoorden echter tot één type magnetische orde: ferromagnetisme. Dit is het type magneet dat we allemaal kennen, van koelkastmagneten tot wasmachinemotoren en harde schijven van computers. Ze produceren een extern magnetisch veld dat we kunnen “voelen” omdat alle kleine atomaire magnetische momenten waaruit ze bestaan ​​graag in dezelfde richting uitgelijnd zijn. Het is dit veld dat ervoor zorgt dat koelkastmagneten blijven plakken en dat we soms in kaart zien gebracht met ijzervijlsel.

Omdat ze geen extern magnetisch veld hebben, zijn antiferromagneten moeilijk te detecteren en, tot voor kort, moeilijk te controleren. Om deze reden hebben ze bijna geen toepassingen gevonden. Antiferromagneten produceren geen extern magnetisch veld omdat alle naburige samenstellende kleine atomaire momenten in precies tegengestelde richtingen van elkaar wijzen. Daarbij heffen ze elkaar op en wordt er geen extern magnetisch veld geproduceerd: ze blijven niet plakken aan koelkasten of buigen een kompasnaald af.

Maar antiferromagneten zijn magnetisch robuuster en de beweging van hun kleine atomaire momenten gebeurt ongeveer 1000 keer sneller dan een ferromagneet. Dit zou computergeheugen kunnen creëren dat veel sneller werkt dan de huidige geheugentechnologie.

“Antiferromagneten hebben het potentieel om andere vormen van geheugen te overtroeven, wat zou leiden tot een herontwerp van de computerarchitectuur, enorme snelheidsverhogingen en energiebesparingen. De extra rekenkracht zou een grote maatschappelijke impact kunnen hebben. Deze bevindingen zijn echt opwindend omdat ze ons dichterbij brengen om het potentieel van antiferromagnetische materialen te realiseren om het digitale landschap te transformeren”, zegt Dr. Peter Wadley.