Ett nytt magnetiskt material utvecklat av RIKEN-fysiker kan öka datorns minneslagring genom att möjliggöra högre minnestäthet och snabbare minnesskrivhastigheter. Deras forskning har publicerats i tidskriften Nature Communications .
Minnesenheter som hårddiskar lagrar data genom att skapa olika magnetiseringsmönster över ett magnetiskt material. De använder magnetiska material som kallas ferromagneter – material som järn och kobolt där magnetfälten hos enskilda atomer är i linje med varandra när ett magnetfält appliceras.
Ferromagneter är dock inte idealiska för datalagring. "Problemet med ferromagneter är att närliggande områden kan störa och orsaka spontan magnetisering som korrumperar data. Så du kan inte ha en hög minnestäthet", förklarar Meng Wang från RIKEN Center for Emergent Matter Science. "Dessutom går det långsamt att byta magnetiseringsmönster."
Antiferromagnetiska material, där magnetfälten hos intilliggande atomer tenderar att rada sig i motsatta riktningar, är lovande för att ta itu med dessa utmaningar. Men eftersom magnetisering inte kan observeras i antiferromagneter, skulle fysiker behöva en annan teknik för att koda och läsa ut data.
Under de senaste 20 åren har fysiker föreslagit att vissa antiferromagnetiska material kan stödja en annan typ av beteende, kallad den "anomala Hall-effekten". Den skulle kunna användas för att manipulera elektroner i antiferromagnetiska material för att lagra och läsa ut data.
Den konventionella Hall-effekten observerades först i icke-magnetiska material för mer än ett sekel sedan av den amerikanske fysikern Edwin Hall. När ett elektriskt fält appliceras på ett ledande material, rör sig elektronerna i en rät linje längs materialet, parallellt med det elektriska fältet. Men Hall upptäckte att när ett externt magnetfält också appliceras, böjs elektronernas väg.
Senare upptäckte Hall att denna böjning också kan ske i vissa magnetiska material, även när inget externt magnetfält appliceras – ett fenomen som kallades den anomala Hall-effekten.
Nu har Wang och kollegor visat den anomala Hall-effekten i en antiferromagnetisk metall som innehåller rutenium och syre, utan magnetfält. Teamet var tvungen att lägga till en liten mängd krom till kristallen, vilket ändrade sin symmetriska struktur något, vilket möjliggjorde effekten.
Den anomala Hall-effekten hade tidigare setts i mer komplexa typer av antiferromagneter. Men detta är första gången effekten har observerats i en antiferromagnetisk metall som har en enkel kolinjär struktur, vilket gör den attraktiv för praktiska tillämpningar.
"Detta material är väldigt lätt att tillverka i tunn film", säger Wang. "Vi hoppas att vårt arbete inspirerar andra att söka efter andra material som är billiga och lätta att göra."
Mer information: Meng Wang et al, Emergent zero-field anomalous Hall effect in a reconstructed rutil antiferromagnetic metal, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43962-0
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av RIKEN
