Ett framsteg i användningen av antiferromagnetiska material i minneslagringsenheter har gjorts av ett internationellt team av fysiker.

Antiferromagneter är material som har en inre magnetism som orsakas av elektronspin, men nästan inget yttre magnetfält. De är av intresse på grund av deras potential för datalagring, eftersom frånvaron av detta externa (eller "långdistans") magnetiska fält innebär att dataenheterna – bitar – kan packas tätare i materialet.

Detta till skillnad från ferromagneter, som används i vanliga magnetiska minnesenheter. Bitarna i dessa enheter genererar magnetiska fält med lång räckvidd, vilket förhindrar att de packas för tätt, eftersom de annars skulle interagera.

Egenskapen som mäts för att läsa ut en antiferromagnetisk bit kallas Hall-effekten, vilket är en spänning som visas vinkelrätt mot den applicerade strömriktningen. Om alla spinn i antiferromagneten vänds ändrar Hall-spänningen tecken. Så ett tecken på Hall-spänningen motsvarar en "1" och det andra tecknet mot en "0" – basen för binär kod som används i alla datorsystem.

Även om forskare har känt till Hall-effekten i ferromagnetiska material under lång tid, har effekten i antiferromagneter bara upptäckts under det senaste decenniet eller så och är fortfarande dåligt förstådd.

Ett team av forskare vid University of Tokyo i Japan, Cornell och Johns Hopkins University i USA och University of Birmingham i Storbritannien har föreslagit en förklaring till "Hall-effekten" i en Weyl-antiferromagnet (Mn₃ Sn), ett material som har en särskilt stark spontan Hall-effekt.

Deras resultat, publicerade i Nature Physics , har konsekvenser för både ferromagneter och antiferromagneter – och därför för nästa generations minneslagringsenheter överlag.

Forskarna var intresserade av Mn₃ Sn eftersom det inte är en perfekt antiferromagnet, men har ett svagt yttre magnetfält. Teamet ville ta reda på om detta svaga magnetfält var ansvarigt för Hall-effekten.

I sitt experiment använde teamet en enhet som uppfanns av doktor Clifford Hicks, vid University of Birmingham, som också är medförfattare på tidningen. Enheten kan användas för att applicera en avstämbar spänning på materialet som testas. Genom att applicera denna stress på denna Weyl-antiferromagnet, observerade forskarna att det kvarvarande externa magnetfältet ökade.

Om magnetfältet skulle driva Hall-effekten skulle det finnas en motsvarande effekt på spänningen över materialet. Forskarna visade att spänningen faktiskt inte förändras väsentligt, vilket bevisar att magnetfältet inte är viktigt. Istället, drog de slutsatsen, är arrangemanget av spinnande elektroner i materialet ansvarigt för Hall-effekten.

Clifford Hicks, medförfattare till tidningen vid University of Birmingham, säger att "dessa experiment bevisar att Hall-effekten orsakas av kvantinteraktioner mellan ledningselektroner och deras spinn. Fynden är viktiga för att förstå - och förbättra - det magnetiska minnet teknologi." + Utforska vidare

Ny halvledare ger nytt perspektiv på anomal Hall-effekt