Magnitlar zo'r, lekin ular biroz ham bezovta qiladi
Qani, keling, bir lahzaga magnitlar haqida gaplashamiz. Siz ehtimol asosiy qoidalarini bilasiz — masalan, bir xil qutblar bir-birini itaradi, qarama-qarshi qutblar esa bir-birini tortadi; muzlatgichingiz esa kompaniyalar magnit sotishning ajoyib yo'lini topganlari sababli chiroyli shakllarga to'la. Zo'r narsalar.
Lekin masala shundaki: oddiy magnitlar (agar texnik tilda aytganda, ferromagnitlar deb atalsa) biroz "xarakter" muammosiga ega. Ular olimlar "tarqoq magnit maydonlari" deb ataydigan narsani hosil qiladi — aslini olganda, ular doimiy ravishda atrofga o'z magnit signallarini taratib turadi, bu esa yaqin atrofdagi elektron komponentlarga xalaqit berishi mumkin.
Muzlatgichga magnit yopishtirayotganingizda bu katta muammo emas. Ammo ish qiyinlashadigan joyi shundaki: elektron qurilmalarimiz tobdiri kichrayib bormoqda. Smartfoningizda allaqachon oyga astronavtlarini yuborgan kompyuterlardan ko'ra ko'proq hisoblash quvvati bor. Biz tobora kichikroq joylarga ko'proq komponentlarni joylashtirganimiz sayin, o'sha tarqoq magnit maydonlari haqiqiy bosh og'rig'iga aylanib bormoqda.
Shu sababli olimlar antiferromagnitlar deb ataladigan boshqa turdagi materiallarni o'rganishmoqda. Ular magnit dunyosining "zen ustozlari"ga o'xshaydi — ularning ichki magnit momentlari qarama-qarshi yo'nalishga qaratilgan va mohiyatan bir-birini bekor qiladi. Hech qanday tarqoq maydonlar, hech qanday dramalar yo'q. Muammo nimada? Antiferromagnitlar biroz... zerikarli. Ularda ferromagnitlarni texnologiya yaratish uchun juda jozibali qiladigan ba'zi foydali elektron xususiyatlar yetishmaydi.
Altermagnetizm: Ikkala dunyoning eng yaxshi tomonlari
Mana shu yerda ish qiziqarli bo'lib qoladi. Markaziy Florida universitetidagi fizik Madhab Neupane boshchiligidagi tadqiqotchilar guruhi altermagnetizm deb ataladigan yangi tanilgan magnit shaklini o'rganishmoqda. Va ularning yaqinda nashr etilgan tadqiqotlariga ko'ra, bu narsa biz qidirayotgan sehrli "o'rta yo'l" bo'lishi mumkin.
Altermagnetizmni "o'zini o'zi tutadigan, lekin baribir bazmning yulduzi bo'lib qolgan introver" deb tasavvur qiling. Bu materiallar o'sha g'irt tarqoq magnit maydonlarini hosil qilmasdan ishlashi mumkin (antiferromagnitizm uchun rahmat!). Ammo shu bilan birga, ular spin oqimi — ya'ni material orqali elektron spinlarining harakati deb ataladigan narsani hosil qilishi va aniqlashi mumkin.
Nima uchun bu muhim? Chunki hozirgi kompyuterlar ma'lumotlarni qayta ishlash uchun butunlay elektr zaryadi harakatiga tayanadi. Ammo elektronlarning "spin" deb ataladigan yana bir fundamental xususiyati bor (u haqiqatda aylanish emas, lekin bu butun boshli boshqa mavzu), va bundan foydalanish ma'lumotlarni qayta ishlashning butunlay yangi usullarini ochishi mumkin.
Mukammal material
Tadqiqotchilar Co₁/₄TaSe₂ deb ataladigan materialda altermagnetizm belgilarini topdilar (nomini aytish uchun ham qiyinchilikka uchrasangiz kerak). Bu magnitli kobalt atomlaridan iborat qatlamli material bo'lib, u uzoq vaqt davomida kimdir unga yaqinroq qarab qolishini kutib, ko'z o'ngida yashirinib yotgan edi.
Ushbu materialni alohida ajratib turadigan narsa — uning tuzilishi. Qatlamlar juda zaif bog'langan, bu esa tadqiqotchilar ularni ajratib olishlari va juda yupqa tuzilmalarga birlashtirishi mumkinligini anglatadi. Bu xuddi siz xohlagan tarzda joylashtirishingiz mumkin bo'lgan nihoyatda yupqa va egiluvchan varaqlar bilan qurilish qilishga o'xshaydi. Bu uni elektronika uchun tobora muhim bo'lib borayotgan yupqa qatlamli qurilmalar uchun ideal qiladi.
Bunday g'ayrioddiy narsani qanday aniqlash mumkin?
Endi esa ilim-fan haqiqiy qiziqarli bo'lib qoladigan joy keldi (va "qiziqarli" deganda men "ko'pgina uylardan qimmatroq uskunalar talab qiladigan" degan ma'noni nazarda tutyapman).
Guruh burchakli o'tkazuvchanlikli fotoemissiya spektroskopiyasi (qisqacha aytganda ARPES) deb ataladigan usuldan foydalandi. Bu aslini olganda, yorug'likni elektronlardan qaytarib, qaytgan narsani tahlil qilish orqali elektronlarning energiyasi va harakatini o'lchash usulidir. Buni elektronlar uchun sonar (sonar qurilmasi) deb tasavvur qiling.
Dastlabki o'lchovlar qiziqarli narsani ko'rsatdi: materialning elektron qatlamlarida o'ziga xos bo'linish mavjud edi. Ammo ular haqiqatdan ham altermagnetizmni ko'rayotganlarini tasdiqlash uchun chuqurroq — aynan o'sha elektronlarning spin xususiyatlariga kirib borishlari kerak edi.
Ular spin-ayrildi ARPES usulidan foydalandilar, u oddiy versiyaga o'xshash, lekin elektronlarning qanday aylanayotganini o'lchash imkonini beruvchi "super kuchlarga" ega. Va mana u yerda edi: ajralgan elektron holatlari qarama-qarshi spin polyarizatsiyasiga ega edi, bu esa aynan altermagnetizmdan kutiladigan narsa edi.
Qiyin tomoni nimada? Fotoemissiya usullari sirt holatiga juda sezgir. Hatto eng kichik ifloslanish ham ular qidirayotgan signallarni yashirib qo'yishi mumkin edi. Shuning uchun hamkorlar o'ta yuqori sifatli namunalar tayyorlashlari kerak edi va Neupane jamoasi har bir namunani o'rganishdan oldin uning sirti toza ekanligini sinchkovlik bilan tekshirishi kerak edi.
Bu sizning kelajakdagi gadjetlaringiz uchun nima degani?
Mana shu yerda men imkoniyatlardan biroz hayajonlanib ketaman.
Neupane shuni taklif qiladiki, Co₁₄TaSe₂ kabi altermagnit materiallar kelajakda spintronika (elektron spinidan foydalanadigan elektronika), ultr tezkor xotira qurilmalari, teragertsli tarmoqlar va energiya tejamkor elektronika uchun ishlatilishi mumkin. Bu kelajak texnologiyalari uchun ancha katta ro'yxat.
Energiya sarfini juda ko'p isrof qilmagani uchun qizib ketmaydigan kompyuterlarni tasavvur qiling. Holatlar orasida deyarli lahzali almashib turadigan xotira qurilmalarini tasavvur qiling. Biz endigina tushunishni boshlayotgan tamoyillar asosida ishlaydigan elektronika tasavvur qiling.
Bu kelajakda smartfonlaringizni inqilob qiladimi? Ehtimol, yo'q. Ammo fan ko'pincha kichik qadamlar bilan harakat qiladi va bu qadamlar oxir-oqibat ulkan sakrashlarga olib keladi. Va altermagnetizm haqiqat ekanligi — biz uni real materiallarda kuzatishimiz va o'lchashimiz mumkinligi haqidagi kashfiyot — aynan o'sha kichik qadamlardan biridir.
Hisoblash texnologiyalarining kelajagi biz hech qachon kutmagan tarzda magnitli bo'lishi mumkin. Va rostini aytsam? Bu qayerga olib borishini ko'rishni sabr bilan kutib turaman.
Manba: ScienceDaily — Yangi turdagi magnitizm tezkor va samarali kompyuterlarni ochishi mumkin