Altermagnetism, η νέα μορφή μαγνητισμού που βρισκόταν μπροστά μας

Ερευνητές επιβεβαίωσαν την ύπαρξη μιας παράξενης νέας μορφής μαγνητισμού, η οποία όλα αυτά τα χρόνια ήταν κρυμμένη κάτω από τη μύτη μας. Η ερευνητική ομάδα αναφέρει ότι ο «εναλλακτικός μαγνητισμός» (altermagnetism) μπορεί να απαντηθεί σε καθημερινά υλικά και θα μπορούσε να έχει σημαντικές τεχνολογικές χρήσεις.

Η πιο οικεία μορφή μαγνητισμού είναι ο λεγόμενος σιδηρομαγνητισμός. Το φαινόμενο παράγεται όταν οι στροφορμές (spin) των ηλεκτρονίων στο υλικό περιστρέφονται όλες προς την ίδια κατεύθυνση. Ένας άλλος σημαντικός κλάδος είναι γνωστός ως αντιφερρομαγνητισμός, ο οποίος προκύπτει όταν τα σπιν των ηλεκτρονίων εναλλάσσουν κατεύθυνση από τα γειτονικά τους. Άλλες μορφές περιλαμβάνουν τον διαμαγνητισμό και τον παραμαγνητισμό, οι οποίοι γεννιούνται από διαφορετικούς μηχανισμούς.

Ωστόσο, τώρα ανακαλύφθηκε μια ολοκαίνουργια μορφή μαγνητισμού. Έχει ονομαστεί altermagnetism, και χαρακτηρίζεται από ένα περίεργο μείγμα ιδιοτήτων από άλλους τύπους του φαινομένου, καθώς τα ηλεκτρόνιά του περιστρέφονται σε εναλλασσόμενες κατευθύνσεις, όπως οι αντιφερρομαγνήτες, πράγμα που σημαίνει ότι δεν παράγει μαγνήτιση.

Η πρόβλεψη για τον altermagnetism έγινε για πρώτη φορά το 2019, όμως τώρα επιβεβαιώθηκε σε πειράματα στο συγχρότρον Swiss Light Source (SLS). Το παρθενικό altermagnetic υλικό είναι το τελλουρίδιο του μαγγανίου, το οποίο θεωρείται εδώ και καιρό αντιφερρομαγνήτης, επειδή τα σπιν των ηλεκτρονίων του στρέφονται προς αντίθετες κατευθύνσεις και δεν παρουσιάζει καθαρή μαγνήτιση. Αλλά σε αυτή την περίπτωση, η ομάδα κοίταξε πιο προσεκτικά χρησιμοποιώντας ακτίνες-Χ και διαπίστωσε ότι οι ηλεκτρονικές ζώνες του χωρίζονται σε διαφορετικές καταστάσεις σπιν, ένα προβλεπόμενο χαρακτηριστικό των altermagnets.

Ενώ τα τελευταία χρόνια έχουν ανακαλυφθεί και άλλες νέες υπο-μορφές του μαγνητισμού, ο altermagnetism είναι ίσως η πιο ευρεία νέα μορφή και θα μπορούσε να έχει τις πιο χρήσιμες εφαρμογές, όπως η υπεραγωγιμότητα και ένας αναδυόμενος επιστημονικός τομέας που ονομάζεται spintronics. Στην ηλεκτρονική, η πληροφορία κωδικοποιείται στο φορτίο των ηλεκτρονίων, αλλά στο spintronics κωδικοποιεί επίσης δεδομένα στο spin τους. Οι σιδηρομαγνήτες έχουν συνήθως τις καλύτερες ιδιότητες για πειράματα spintronics, ωστόσο το μαγνητικό πεδίο που παράγουν μπορεί να προκαλέσει παρεμβολές στα γειτονικά ηλεκτρόνια. Οι αντιφερρομαγνήτες ευτυχώς δεν έχουν καθαρό μαγνητισμό, οπότε θα μπορούσαν να είναι ευκολότερα κλιμακούμενοι και πιο αποδοτικοί – αλλά έχουν επίσης ασθενέστερα φαινόμενα σπιν για να κωδικοποιήσουν δεδομένα σε αυτά. Τα altermagnetic υλικά, πάντως, θα μπορούσαν να προσφέρουν το καλύτερο και από τους δύο κόσμους, μιας και παρουσιάζουν τα ισχυρά φαινόμενα σπιν, αλλά χωρίς καθαρό μαγνητισμό. Αυτός ακριβώς ο συνδυασμός θεωρούνταν για καιρό αδύνατος.

“Ο Altermagnetism δεν είναι στην πραγματικότητα κάτι εξαιρετικά περίπλοκο“, δήλωσε ο Tomáš Jungwirth, επικεφαλής ερευνητής της μελέτης. “Είναι κάτι εντελώς θεμελιώδες που βρισκόταν μπροστά στα μάτια μας για δεκαετίες χωρίς να το προσέξουμε. Και δεν είναι κάτι που υπάρχει μόνο σε μερικά περίεργα υλικά. Υπάρχει σε πολλούς κρυστάλλους που οι άνθρωποι απλά είχαν στα συρτάρια τους. Υπό αυτή την έννοια, τώρα που το φέραμε στο φως, πολλοί άνθρωποι σε όλο τον κόσμο θα μπορέσουν να εργαστούν πάνω σε αυτό, δίνοντας τη δυνατότητα για μια ευρεία απήχηση“.

[via]