Ilmuwan Membuktikan Keberadaan Magnet Tipe Baru

by admin
7 minutes read
SciTechDaily

Kristal altermagnetik: tidak hanya arah polarisasi putaran (dalam warna magenta dan cyan) yang bergantian pada atom magnetik tetangganya, namun juga bentuk atomnya sendiri – seperti yang ditunjukkan dengan memiringkan kerapatan elektron berbentuk halter ke dua arah berbeda. Garis sinar biru menggambarkan eksperimen fotoemisi pada sinkrotron yang digunakan untuk mendemonstrasikan altermagnetisme. Kredit: Libor Šmejkal dan Anna Birk Hellenes / JGU

Cabang ketiga dari magnetisme telah dibuktikan secara eksperimental pada telurida mangan, sehingga membuka peluang untuk arah penelitian baru.

Sebuah penelitian terbaru yang diterbitkan di Alam mengungkapkan bahwa tim ilmuwan internasional telah menantang pembagian konvensional magnetisme menjadi dua jenis: feromagnetisme, yang dikenal selama ribuan tahun, dan antiferromagnetisme, yang diidentifikasi sekitar satu abad yang lalu. Para peneliti kini telah berhasil mendemonstrasikan, melalui eksperimen langsung, jenis magnetisme ketiga—altermagnetisme—yang secara teoritis telah diprediksi oleh para ilmuwan dari Universitas Johannes Gutenberg Mainz dan Akademi Ilmu Pengetahuan Ceko di Praha beberapa tahun sebelumnya.

Keterbatasan cabang magnet yang diketahui sebelumnya untuk teknologi informasi

Kita biasanya menganggap magnet sebagai feromagnet, yang memiliki medan magnet kuat yang menyimpan daftar belanjaan di pintu lemari es atau mengaktifkan fungsi motor listrik pada mobil listrik. Medan magnet feromagnet tercipta ketika medan magnet jutaan atomnya sejajar dalam arah yang sama. Medan magnet ini juga dapat digunakan untuk memodulasi arus listrik pada komponen teknologi informasi (IT).

Namun, pada saat yang sama, medan feromagnetik menimbulkan batasan serius terhadap skalabilitas spasial dan temporal komponen. Oleh karena itu, fokus penelitian yang signifikan dalam beberapa tahun terakhir adalah pada cabang magnet kedua, antiferromagnetik. Antiferromagnet adalah bahan yang kurang dikenal tetapi jauh lebih umum di alam, dimana arah medan magnet atom pada atom yang berdekatan tidak teratur seperti warna putih dan hitam pada papan catur. Jadi, antiferromagnet secara keseluruhan tidak menciptakan medan magnet yang tidak diinginkan, namun sayangnya, antiferromagnetik tersebut sangat antimagnetik sehingga belum ditemukan aplikasi aktifnya dalam teknologi informasi.

Altermagnet menggabungkan keunggulan yang “tidak kompatibel”.

Altermagnet yang diprediksi baru-baru ini menggabungkan keunggulan feromagnet dan antiferromagnet, yang dianggap pada dasarnya tidak kompatibel, dan juga memiliki manfaat unik lainnya yang tidak ditemukan di cabang lain. Altermagnet dapat dianggap sebagai susunan magnet yang tidak hanya mengubah momen atom pada atom tetangganya, tetapi juga orientasi atom dalam kristal. Jadi, altermagnet tidak menciptakan medan magnet di luar, namun elektron di dalamnya merasakan medan magnet yang efektif 1.000 kali lebih kuat daripada medan magnet di lemari es. Bidang-bidang ini dapat memodulasi arus listrik yang mirip dengan feromagnet dan dengan demikian berpotensi sangat menarik untuk aplikasi nanoelektronik ultrascalable di masa depan.

Selain itu, para ilmuwan telah mengidentifikasi lebih dari 200 kandidat material altermagnetisme dengan sifat meliputi isolator, semikonduktorlogam, dan bahkan superkonduktor. Kelompok penelitian telah menyelidiki banyak bahan-bahan ini di masa lalu, namun sifat altermagnetiknya masih tersembunyi dari mereka.

Para ahli teori memperkirakan cabang altermagnetik lima tahun lalu

Mulai tahun 2019, tim dari Universitas Johannes Gutenberg Mainz dan Institut Fisika di Praha menerbitkan serangkaian makalah yang secara teoritis mengidentifikasi bahan magnetik yang tidak konvensional. Pada tahun 2021, tim yang sama yang terdiri dari Dr. Libor Šmejkal, Profesor Jairo Sinova, dan Profesor Tomas Jungwirth meramalkan bahwa bahan-bahan ini membentuk jenis magnet dasar ketiga, yang mereka sebut altermagnetisme dan yang struktur kristal dan magnetnya benar-benar berbeda dari feromagnet dan antiferromagnet konvensional. .

Karena altermagnetisme membuka kemungkinan yang luas dan belum pernah terjadi sebelumnya untuk penelitian dan penerapan, segera setelah prediksi teoretis tersebut muncul gelombang studi lanjutan oleh kelompok penelitian dari seluruh dunia. Selanjutnya, pertanyaannya adalah kapan bukti eksperimental langsung akan tersedia.

Bukti eksperimental yang dilakukan pada bahan yang selama beberapa dekade dianggap sebagai “antiferromagnet klasik”

Sebuah tim peneliti internasional kini telah memberikan bukti tersebut dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di Alam. Para peneliti memutuskan untuk memeriksa kristal dari kandidat altermagnetik dua elemen sederhana – mangan tellurida (MnTe). Secara tradisional, bahan ini dianggap sebagai salah satu antiferromagnet klasik karena momen magnet pada atom mangan di dekatnya mengarah ke arah yang berlawanan, sehingga tidak menimbulkan medan magnet luar di sekitar bahan.

Kini, untuk pertama kalinya, para ilmuwan mampu mendemonstrasikan secara langsung sifat altermagnetisme MnTe. Mereka menggunakan prediksi teoritis untuk menavigasi ke arah mana “cahaya” akan “bersinar” pada kristal MnTe berkualitas tinggi dalam percobaan fotoemisi. Tim mengukur struktur pita, yang merupakan peta yang digunakan fisikawan untuk menggambarkan sifat elektron dalam kristal, pada sinkrotron. Mereka kemudian dapat menunjukkan bahwa meskipun tidak ada medan magnet eksternal, keadaan elektronik di MnTe sangat terpecah. Skala dan bentuk pemisahan putaran sangat sesuai dengan prediksi pemisahan altermagnetik menggunakan perhitungan mekanika kuantum.

Selain itu, para peneliti dapat mendeteksi spin-polarisasi pita untuk pertama kalinya. “Ini adalah bukti langsung bahwa MnTe bukanlah antiferromagnet konvensional atau feromagnet konvensional, namun termasuk dalam cabang bahan magnet altermagnetik baru,” kata Dr. Libor Šmejkal dari JGU, penulis utama bagian teoritis makalah ini.

Studi ini memanfaatkan keahlian para peneliti di Institut Fisika di Universitas Johannes Gutenberg Mainz di Jerman bekerja sama dengan para ilmuwan dari Akademi Ilmu Pengetahuan Ceko di Praha, Institut Paul Scherrer di Swiss, Universitas West Bohemia di Pilsen, Universitas dari Linz di Austria, itu Universitas Nottingham di Inggris, dan Universitas Charles di Praha.

Penemuan altermagnetisme membuka arah penelitian baru

“Setelah prediksi pertama dan dengan pesatnya pertumbuhan minat dunia terhadap altermagnetisme, kami sangat senang dapat berkontribusi pada demonstrasi eksperimental MnTe,” kata Dr. Libor Šmejkal dari Universitas Mainz.

Profesor Jairo Sinova, direktur kelompok Interdisciplinary Spintronics Research Group (INSPIRE) dan Spin Phenomena Interdisciplinary Center (SPICE) di JGU dan salah satu penulis penelitian ini, menambahkan: “Penemuan altermagnetisme telah memulai arah baru dalam penelitian global. menjadi prinsip fisik dan material baru untuk komponen TI yang sangat skalabel dan hemat energi.” Hebatnya, bidang ini semakin memanas dan beberapa penelitian lain muncul baru-baru ini yang mengkonfirmasi berbagai sifat lain dari bahan altermagnetik. Penemuan altermagnetisme nampaknya hanyalah awal dari era baru magnetisme yang menarik.

Referensi: “Pengangkatan alternatif degenerasi rotana Kramers” oleh J. Krempaský, L. Šmejkal, SW D'Souza, M. Hajlaoui, G. Springholz, K. Uhlířová, F. Alarab, PC Constantinou, V. Strocov, D. Usanov, WR Pudelko, R. González-Hernández, A. Birk Hellenes, Z. Jansa, H. Reichlová, Z. Šobán, RD Gonzalez Betancourt, P. Wadley, J. Sinova, D. Kriegner, J. Minár, JH Dil dan T .Jungwirth, 14 Februari 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-023-06907-7

related posts