Исследователи Массачусетского технологического института (MIT) продемонстрировали ранее неизвестную форму магнетизма в искусственно созданном кристалле — так называемый p-волновой магнетизм (p-wave magnetism). Это открытие может стать основой для создания новых типов энергоэффективной памяти, работающей на принципах спинтроники.
Как это работает
В обычных ферромагнетиках, таких как железо, спины электронов внутри атомов ориентированы одинаково — это создаёт постоянное магнитное поле. В антиферромагнетиках, напротив, спины чередуются, из-за чего внешнего магнетизма не наблюдается.
В тонком кристалле иодида никеля учёные обнаружили уникальную структуру: спины атомов никеля выстраиваются в спираль по всей кристаллической решётке. Более того, направление этой спирали можно изменить при помощи небольшого электрического поля, создаваемого пучком кругово-поляризованного света.
Такое управление спинами потенциально позволяет создавать микроскопические магнитные «ячейки» — основу будущих энергоэффективных устройств хранения информации. В отличие от традиционной электроники, где перемещаются заряды (что вызывает тепловыделение), спинтроника работает с направлением спинов — и значит, практически не тратит энергию на нагрев.
Зачем это нужно
Суть спинтроники — в использовании спина электрона (его «внутреннего вращения») для хранения и обработки данных. Это может привести к созданию более быстрых и холодных микросхем, которые будут потреблять в десятки тысяч раз меньше энергии по сравнению с современными решениями.
«Мы можем переключать магнитные домены при помощи тока спинов — это значительно эффективнее, чем перемещать заряженные частицы», — объясняет один из авторов работы, Риккардо Комин. А его коллега Цянь Сун добавляет: «Если удастся реализовать это свойство при комнатной температуре, мы сможем сэкономить до пяти порядков величины энергии. Это колоссально».
На сегодняшний день главный барьер для практического применения p-волнового магнетизма — экстремально низкие температуры, при которых наблюдается это явление. В ходе эксперимента свойства проявлялись при 60 кельвинах (примерно −213 °C). Чтобы технология стала массовой, необходимо найти материалы, сохраняющие p-волновой магнетизм при комнатной температуре.
Тем не менее, как отмечают исследователи, теперь учёные знают, что именно искать.
