Två regioner med motsatta kirala antiferromagnetiska domäner (grå/svart) i den kirala antiferromagneten Mn3Sn. En infallande stråle av linjärt polariserat ljus på det grå (svarta) området upplever en avvikande stor rotation moturs (medurs) för sin linjära polarisering på grund av den magneto-optiska Kerr-effekten. Dessa är lika, men tvärtom, förändringar i den optiska polarisationen som kan detekteras för att ”visualisera” den antiferromagnetiska domänorienteringen i Mn3Sn. Koordinataxlar visar orienteringen av den sexkantiga Mn3Sn -kristallen med Mn -magnetiska magnetiska moment som bildar magnetiska oktupoler med en moturs triangel på det sexkantiga basalplanet 0001. Kredit:National Institute of Standards and Technology
Antiferromagneter har genererat stort intresse för framtida datateknik på grund av deras snabba dynamik, deras förmåga att generera och upptäcka spinnpolariserade elektriska strömmar, och deras robusthet mot yttre magnetfält. Trots dessa ljusa utsikter, den försvinnande totala magnetiseringen i antiferromagneter gör det svårt att utvärdera deras inre magnetiska struktur jämfört med deras ferromagnetiska motsvarigheter.
Begränsad förståelse för den interna magnetiska strukturen hos antiferromagnetiska material och enheter är ett stort hinder för att manipulera och effektivt utnyttja variationer i deras magnetiska tillstånd. I arbete som belyser en ny uppsättning antiferromagnetiska material, ett internationellt forskargrupp som leds av forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST), United States Naval Research Laboratory, Johns Hopkins University, Institute for Solid State Physics (ISSP), och University of Tokyo har identifierat en metallisk antiferromagnet (Mn 3 Sn) som uppvisar en stor spontan magneto-optisk Kerr-effekt (MOKE), trots en försvinnande total magnetisering vid rumstemperatur. En metallisk antiferromagnet med en stor spontan MOKE lovar att vara ett viktigt verktyg för framtida antiferromagnetiska minnesenheter, där enhetens tillstånd kan läsas optiskt och kopplas antingen optiskt eller med en spinnpolariserad elektrisk ström.
Den magneto-optiska Kerr-effekten sonderar den lokala magnetiseringsprojektionen på vågvektorn för en inkommande ljusstråle. I de flesta antiferromagnetiska material, de motsatta motsatta spinnriktningarna leder till att denna effekt upphävs, och därför antas att MOKE är värdelöst för studier av antiferromagneter. Som forskarna i det internationella teamet har visat, dock, den antiferromagnetiska metallen Mn 3 Sn uppvisar en stor MOKE med en MOKE-rotationsvinkel på 20 milli-grader vid noll magnetfält, trots dess magnetisering nära noll, vilket verkligen är jämförbart med ferromagnetiska metaller.
En enkel beställning av en antiferromagnet är kollinär, där angränsande snurr inom en antiferromagnetisk domän har sina snurr inriktade mot parallell, där pilen på ett snurr pekar upp medan den intilliggande snurrningen pekar nedåt. Mn 3 Sn uppvisar en ovanlig chiral spinnorder, där varje snurr roteras 120 grader moturs till sin granne i uppsättningar av tre snurr centrerade på hörnen av en liksidig triangel bildad av Mn-atomer i Mn 3 Sn kristall. Medan det finns noll nettomagnetisering i både kollinära och icke-kollinära 120-graders spinnsystem-samma som noll dipolmoment-uppstår en icke-försvinnande oktupolmoment finns i spinnsystemet i Mn 3 Sn. Detta oktupolsmoment interagerar med ljus på samma sätt som en ferromagnet och ger upphov till den stora MOKE i Mn 3 Sn.
Det internationella forskargruppen, inklusive NIST -forskarna Daniel Gopman och Robert Shull, och U. Tokyo -forskarna Tomoya Higo och Satoru Nakatsuji, rapportera sina resultat den 26 januari, 2018 nummer av Nature Photonics .
MOKE i Mn 3 Sn möjliggör realtidsavbildning av magnetiska domäner. Genom att använda MOKE -mikroskopi, forskarna demonstrerar för första gången domänomvändningsprocessen i Mn 3 Sn. Detta fynd indikerar att den observerade Kerr -effekten mycket väl kan vara användbar inte bara för att studera dynamiken i antiferromagnetiska domäner utan också för att på distans läsa informationen magnetiskt lagrad i antiferromagneten. Pågående undersökningar syftar till att utveckla bearbetningsförhållandena för att producera tunnfilm och nanoskala Mn 3 Sn med de fördelaktiga magnetiska egenskaperna som upptäckts i enstaka kristaller.
Denna berättelse publiceras på nytt med tillstånd av NIST. Läs den ursprungliga historien här.
