Τα αλτερμαγνητικά υλικά, τα οποία παρουσιάζουν διάσπαση του σπιν ανάλογα με την ορμή χωρίς σύζευξη σπιν-τροχιάς (SOC) ή ή καθαρή μαγνήτιση, έχουν προσελκύσει πρόσφατα σημαντική διεθνή προσοχή.
Μια ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Liu Junwei από το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας του Χονγκ Κονγκ (HKUST), μαζί με τους πειραματικούς συνεργάτες της, δημοσίευσε τα τελευταία ερευνητικά ευρήματα στο περιοδικό Nature Physics, αποκαλύπτοντας την πρώτη πειραματική παρατήρηση ενός δισδιάστατου αλτερμαγνήτη σε θερμοκρασία δωματίου, επιβεβαιώνοντας τις θεωρητικές προβλέψεις του καθηγητή Liu που δημοσιεύτηκαν στο Nature Communications το 2021.
Μαγνήτιση: Η σημασία του σπιν και η εφαρμογή στη σπιντρονική
Η πραγμάτωση και ο έλεγχος των καταστάσεων με πόλωση σπιν σε στερεά σώματα είναι κρίσιμη για τη σπιντρονική, που χρησιμοποιείται για την κωδικοποίηση και επεξεργασία πληροφοριών. Συνήθως, η πόλωση σπιν παράγεται μέσω σύζευξης του σπιν ενός ηλεκτρονίου με άλλους βαθμούς ελευθερίας, όπως η τροχιακή κίνηση ή οι μαγνητικές ροπές.
Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει σύζευξη σπιν-τροχιάς (SOC), οδηγώντας σε διάσπαση σπιν ανάλογα με την ορμή σε κρυστάλλους χωρίς αντιστροφή συμμετρίας (φαινόμενο Rashba–Dresselhaus) ή διάσπαση τύπου Zeeman ανεξάρτητα από την ορμή σε φερρομαγνήτες.
Νέος μηχανισμός διάσπασης του σπιν σε αντιφερρομαγνήτες
Στις ερευνητικές μελέτες τους, ο καθηγητής Liu και οι συνεργάτες του πρότειναν έναν νέο μηχανισμό για τη διάσπαση του σπιν σε αντιφερρομαγνήτες, όπου οι υποπλέγματα που συνδέονται μέσω κρυσταλλικής συμμετρίας επιτρέπουν την ανταλλαγή σύζευξης ώστε να παράγεται σημαντική διάσπαση του σπιν με μοναδικό ζεύγος σπιν-κοιλάδας (C-paired spin-valley locking).
Αυτό το φαινόμενο είναι ανεξάρτητο από τη σύζευξη σπιν-τροχιάς ή τον καθαρό μαγνητισμό, συνδυάζοντας τη σταθερότητα των αντιφερρομαγνητικών συσκευών με μεγάλους χρόνους ζωής του σπιν. Αυτοί οι αντισυμβατικοί αντιφερρομαγνήτες ονομάζονται «αλτερμαγνήτες» και η ανακάλυψή τους αναγνωρίστηκε ως μία από τις 10 κορυφαίες επιστημονικές ανακαλύψεις του 2024 από το περιοδικό Science.
Προκλήσεις στην ανάπτυξη αλτερμαγνητών
Παρά τις εκτενείς θεωρητικές και πειραματικές προσπάθειες για την εξερεύνηση μη συμβατικών αντιφερρομαγνητών με βάση υλικά όπως τα α-MnTe, CrSb, MnTe2 και RuO2, κανένα από αυτά δεν πληροί τις απαιτήσεις συμμετρίας και αγωγιμότητας για μη σχετικιστικά ρεύματα σπιν διατηρημένα λόγω του αλτερμαγνητισμού.
Τα μαγνητικά υποπλέγματα των α-MnTe και CrSb διαθέτουν συμμετρία C₃, οδηγώντας σε ισοτροπική αγωγιμότητα και μη πολωμένα ρεύματα. Στο MnTe2, το σπιν δεν διατηρείται λόγω της μη συνεπίπεδης μαγνητικής δομής του, ενώ η χαμηλή κρίσιμη θερμοκρασία (87 K) περιορίζει τις πρακτικές εφαρμογές.
Νέα ευρήματα και μελλοντικές εφαρμογές
Η παρατήρηση του καθηγητή Liu για έναν δισδιάστατο αλτερμαγνήτη σε θερμοκρασία δωματίου ανοίγει νέες προοπτικές. Με βάση τις θεωρητικές προβλέψεις της ομάδας του το 2021 για τα V2Te2O και V2Se2O, η εργασία αυτή αποδεικνύει την υλοποίηση του C-paired spin-valley locking (SVL) σε ένα στρωματοποιημένο, αντιφερρομαγνητικό μέταλλο δωματίου (Rb1-δV2Te2O).
Η έρευνα αυτή, που δημοσιεύτηκε στο Nature Physics το 2025, προσφέρει μια ιδανική πλατφόρμα για περαιτέρω μελέτες και εφαρμογές στη σπιντρονική και τη βαλετρονική, με δυνατότητες για ανάπτυξη συσκευών υψηλής πυκνότητας, ταχύτητας και χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας.
VIA: FoxReport.gr
