Ερευνητές από το Ames National Laboratory, σε συνεργασία με την ομάδα του Indranil Das στο Saha Institute of Nuclear Physics στην Ινδία, εντόπισαν ένα απροσδόκητο ηλεκτρονικό χαρακτηριστικό σε ενώσεις μεταβατικών μετάλλων, το οποίο θα μπορούσε να οδηγήσει στη σχεδίαση μιας νέας γενιάς spintronic υλικών για εφαρμογές υπολογιστών και μνήμης.
Τι είναι το spintronics και γιατί έχει σημασία
Η spintronics είναι ένα πεδίο που αξιοποιεί όχι μόνο το ηλεκτρικό φορτίο των ηλεκτρονίων, αλλά και το spin τους, μια εγγενή κβαντική ιδιότητα που μεταφέρει μαγνητική πληροφορία. Αυτή η προσέγγιση υπόσχεται τεχνολογικές εξελίξεις όπως υπολογιστές τύπου «εγκεφάλου» και μνήμες που διατηρούν δεδομένα χωρίς τροφοδοσία.
Το νέο εύρημα εντοπίστηκε στο Mn₂PdIn, μια ένωση τύπου Heusler, γνωστή για τις ρυθμιζόμενες μαγνητικές και ηλεκτρονικές της ιδιότητες. Τα κράματα αυτού του τύπου μπορούν να εμφανίσουν συμπεριφορές που δεν συναντώνται στα μεμονωμένα στοιχεία τους, γεγονός που τα καθιστά ιδιαίτερα ελκυστικά για spintronic εφαρμογές.
Το ανώμαλο φαινόμενο Hall και η σημασία του
Η μελέτη με τίτλο «Fermi Surface Nesting and Anomalous Hall Effect in Magnetically Frustrated Mn2PdIn», που δημοσιεύθηκε στο Advanced Functional Materials, εστιάζει στο ανώμαλο φαινόμενο Hall (AHE), ένα φαινόμενο κρίσιμο για την ανάγνωση και τον έλεγχο σημάτων spin με ηλεκτρικό τρόπο.
Μέχρι σήμερα, το AHE παρατηρούνταν κυρίως σε καθαρά μονοκρυσταλλικά δείγματα με υψηλή μαγνητική ροπή. Η ανίχνευσή του σε πολυκρυσταλλικό υλικό με εξαιρετικά χαμηλή μαγνητική ροπή θεωρείται σπάνια και ιδιαίτερα σημαντική, καθώς τέτοια υλικά είναι ευκολότερα στην κατασκευή και απαιτούν λιγότερη ενέργεια για λειτουργία.
Ενεργειακά αποδοτικά υλικά του μέλλοντος
«Αυτός ήταν ακριβώς ο στόχος μας – να δημιουργήσουμε ένα υλικό με πολύ χαμηλή μαγνητική ροπή που παρ’ όλα αυτά παράγει ισχυρό AHE», δήλωσε ο Anis Biswas. Όπως εξηγεί, η χαμηλή μαγνητική ροπή συνεπάγεται μικρότερη ενεργειακή κατανάλωση για τον χειρισμό του spin, ανοίγοντας τον δρόμο για χαμηλής ισχύος μνήμες και spintronic συσκευές.
Ο Prashant Singh ανέφερε ότι το φαινόμενο σχετίζεται με το «Fermi-surface nesting», όταν τμήματα της ηλεκτρονικής δομής ενός υλικού ευθυγραμμίζονται κατάλληλα, προκαλώντας αναδιάταξη των ηλεκτρονίων και εμφάνιση νέων ιδιοτήτων. «Ρυθμίζοντας την ηλεκτρονική δομή, μπορέσαμε να ενεργοποιήσουμε αυτό το nesting και να εξηγήσουμε το ανώμαλο σήμα Hall που παρατηρήσαμε», σημείωσε.
Τέλος, ο Yaroslav Mudryk υπογράμμισε τη σημασία της παρατήρησης του AHE σε πολυκρυσταλλικό υλικό και τόνισε ότι η συνδυασμένη τεχνογνωσία στη μαγνητισμό, τη δομή ηλεκτρονίων και τις μεταφορικές ιδιότητες επιτρέπει πλέον μια πιο προβλεπτική προσέγγιση στον σχεδιασμό προηγμένων λειτουργικών υλικών.
Περισσότερες πληροφορίες: Afsar Ahmed et al, Επιφανειακή φωλιά Fermi και ανώμαλο φαινόμενο Hall σε μαγνητικά αποδιοργανωμένο Mn2PdIn, Προηγμένα λειτουργικά υλικά (2025). DOI: 10.1002/adfm.202513056
Πληροφορίες περιοδικού: Προηγμένα Λειτουργικά Υλικά
Παρέχεται από το Εθνικό Εργαστήριο Ames