Прогресс в использовании антиферромагнитных материалов в запоминающих устройствах был достигнут международной группой физиков.

Антиферромагнетики — это материалы, которые обладают внутренним магнетизмом, вызванным вращением электронов, но почти не имеют внешнего магнитного поля . Они представляют интерес из-за их потенциала для хранения данных, поскольку отсутствие этого внешнего (или «дальнодействующего») магнитного поля означает, что единицы данных — биты — могут быть более плотно упакованы в материале.

Это отличается от ферромагнетиков, используемых в стандартных устройствах магнитной памяти. Биты в этих устройствах действительно генерируют магнитные поля дальнего действия, что предотвращает их слишком тесную упаковку, потому что в противном случае они будут взаимодействовать.

Свойство, которое измеряется для считывания антиферромагнитного бита, называется эффектом Холла, который представляет собой напряжение, которое появляется перпендикулярно направлению приложенного тока. Если все спины в антиферромагнетике перевернуты, напряжение Холла меняет знак. Таким образом, один знак напряжения Холла соответствует «1», а другой — «0» — основе двоичного кода, используемого во всех вычислительных системах.

Хотя ученым давно известно об эффекте Холла в ферромагнитных материалах, эффект в антиферромагнетиках был обнаружен только в последнее десятилетие или около того и до сих пор плохо изучен.

Группа исследователей из Токийского университета в Японии, Корнеллского университета и Университета Джона Хопкинса в США и Университета Бирмингема в Великобритании предложила объяснение «эффекта Холла» в антиферромагнетике Вейля (Mn 3 Sn), материал, обладающий особенно сильным спонтанным эффектом Холла.

Их результаты, опубликованные в журнале Nature Physics , имеют значение как для ферромагнетиков, так и для антиферромагнетиков, а значит, и для запоминающих устройств нового поколения в целом.

Исследователей заинтересовал Mn 3 Sn, поскольку он не является идеальным антиферромагнетиком, но обладает слабым внешним магнитным полем. Команда хотела выяснить, было ли это слабое магнитное поле причиной эффекта Холла.

В своем эксперименте команда использовала устройство, изобретенное доктором Клиффордом Хиксом из Бирмингемского университета, который также является соавтором статьи. Устройство можно использовать для приложения регулируемого напряжения к испытуемому материалу. Приложив это напряжение к этому антиферромагнетику Вейля, исследователи заметили, что остаточное внешнее магнитное поле увеличилось.

Если бы магнитное поле приводило к эффекту Холла, это имело бы соответствующее влияние на напряжение на материале. Исследователи показали, что на самом деле напряжение существенно не меняется, доказывая, что магнитное поле не имеет значения. Вместо этого они пришли к выводу, что расположение вращающихся электронов внутри материала отвечает за эффект Холла.

Клиффорд Хикс, соавтор статьи из Бирмингемского университета, говорит, что «эти эксперименты доказывают, что эффект Холла вызывается квантовыми взаимодействиями между электронами проводимости и их спинами. Полученные данные важны для понимания и улучшения магнитной памяти».