Los científicos descubren una nueva forma de magnetismo que puede ser el "eslabón perdido" en la búsqueda de la superconductividad
Los científicos han encontrado una tercera forma esquiva de magnetismo que podría ayudar a resolver un rompecabezas de larga data sobre los superconductores.
Los investigadores han obtenido la primera evidencia concluyente de una esquiva tercera clase de magnetismo , llamado altermagnetismo. Sus hallazgos, publicados el 11 de diciembre en la revista Nature , podrían revolucionar el diseño de nuevos dispositivos de memoria magnética de alta velocidad y proporcionar la pieza de rompecabezas faltante en el desarrollo de una mejor superconducción materiales.
"Anteriormente hemos tenido dos tipos de magnetismo bien establecidos", dijo a Live Science de Live Science, un investigador postdoctoral en la Universidad de Nottingham en el Reino Unido. "Ferromagnetismo, donde los momentos magnéticos, que se pueden imaginar como pequeñas flechas de brújulas en la escala atómica, todos apuntan en la misma dirección. Y antiferromagnetismo, donde los momentos magnéticos vecinos apuntan en direcciones opuestas, puede imaginarse más como un tablero de ajedrez de Alternando azulejos blancos y negros ".
Los giros de electrones dentro de una corriente eléctrica deben apuntar en una de dos direcciones y pueden alinearse con o contra estos momentos magnéticos para almacenar o transportar información, formando la base de dispositivos de memoria magnética.
Una nueva forma de magnetismo
Los materiales altermagnéticos, teorizados primero en 2022 , tienen una estructura que se encuentra en algún punto intermedio. Cada momento magnético individual apunta en la dirección opuesta como su vecino, como en un material antiferromagnético. Pero cada unidad está ligeramente retorcida en relación con este átomo magnético adyacente, lo que resulta en algunas propiedades ferromagnéticas.
Los altermagnets, por lo tanto, combinan las mejores propiedades de los materiales ferromagnéticos y antiferromagnéticos. "El beneficio de Ferromagnets es que tenemos una manera fácil de leer y escribir memoria utilizando estos dominios arriba o abajo", coautor del estudio Alfred Dal Din , un estudiante de doctorado también en la Universidad de Nottingham, Dicho Live Science. "Pero debido a que estos materiales tienen un magnetismo neto, esa información también es fácil de perder limpiando un imán sobre él".
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Por el contrario, los materiales antiferromagnéticos son mucho más difíciles de manipular para el almacenamiento de información. Sin embargo, debido a que tienen un magnetismo neto cero, la información en estos materiales es mucho más segura y más rápida de transportar. "Los altermagnets tienen la velocidad y la resistencia de un antiferromagnet, pero también tienen esta importante propiedad de los ferromagnets llamados ruptura de simetría de inversión del tiempo", dijo Dal Din.
Esta propiedad alucinante analiza la simetría de los objetos que avanzan y hacia atrás en el tiempo. "Por ejemplo, las partículas de gas vuelan, chocan al azar y llenan el espacio", dijo Amin. "Si rebobinas el tiempo, ese comportamiento no parece diferente".
Esto significa que la simetría se conserva. Sin embargo, debido a que los electrones poseen un giro cuántico y un momento magnético, el tiempo de inversión y, por lo tanto, la dirección del viaje, voltea el giro, lo que significa que la simetría está rota. "Si miras esos dos sistemas de electrones, uno en el que el tiempo progresa normalmente y otro donde estás en rebobinado, se ven diferentes, por lo que la simetría está rota", explicó Amin. "Esto permite que existan ciertos fenómenos eléctricos".
Encontrar "el enlace faltante" de la superconductividad
El equipo, dirigido por Peter Wadley , profesor de física en la Universidad de Nottingham, utilizó una técnica llamada microscopía electrónica fotoemisión para obtener imágenes de la estructura y las propiedades magnéticas del telururo de manganeso, un material que anteriormente se creía antiferromagnético .
"Los diferentes aspectos del magnetismo se iluminan dependiendo de la polarización de las radiografías que elegimos", dijo Amin. La luz polarizada circularmente reveló los diferentes dominios magnéticos creados por la ruptura de la simetría de reversión del tiempo, mientras que las radiografías polarizadas horizontal o verticalmente permitieron al equipo medir la dirección de los momentos magnéticos en todo el material. Al combinar los resultados de ambos experimentos, los investigadores crearon el primer mapa de los diferentes dominios y estructuras magnéticas dentro de un material altermagnético.
Con esta prueba de concepto en su lugar, el equipo fabricó una serie de dispositivos altermagnéticos manipulando las estructuras magnéticas internas a través de una técnica de ciclo térmico controlado.
"Pudimos formar estas texturas de vórtice exóticas en dispositivos hexagonales y triangulares", dijo Amin. "Estos vórtices están ganando más y más atención dentro de Spintronics como portadores potenciales de información, por lo que este fue un buen primer ejemplo de cómo crear un dispositivo práctico".
Los autores del estudio dijeron que el poder de la imagen y el control de esta nueva forma de magnetismo podría revolucionar el diseño de dispositivos de memoria de próxima generación, con mayores velocidades operativas y una mayor resistencia y facilidad de uso.
"El altermagnetismo también ayudará con el desarrollo de la superconductividad", dijo Dal Din. "Durante mucho tiempo, ha habido un agujero en las simetrías entre estas dos áreas, y esta clase de material magnético que ha permanecido difícil de alcanzar hasta ahora resulta ser este eslabón perdido en el rompecabezas".
Nota del editor: Esta historia se actualizó el viernes 24 de enero a las 10:05 a.m. EST para reemplazar un diagrama que muestra altermagnetismo con uno que muestra la orientación correcta de giro de electrones.