Vetenskapen har just bekräftat förekomsten av en tredje typ av magnetism, altermagnetism, ett fenomen som kan revolutionera utvecklingen av elektroniska apparater och, enligt vissa forskare, vara nyckeln till att utveckla supraledning.
Upptäckten, som publicerades i tidskriften Nature den 11 december, markerar en vändpunkt i vetenskapens förståelse av magnetism och dess inverkan på tekniken.
En ny typ av magnetism som trotsar status quo
Fram till nu har man känt till två huvudtyper av magnetism. Enligt Live Science är dessa:
- Ferromagnetism: där de magnetiska momenten (vi föreställer oss små kompasser på atomnivå) pekar i samma riktning, vilket genererar ett starkt magnetfält.
- Antiferromagnetism: där närliggande magnetiska moment pekar i motsatta riktningar och upphäver varandra.
Den nya altermagnetismen är en kombination av de båda. Som förklaras av Oliver Amin, postdoktor vid University of Nottingham, har dessa material en struktur där de magnetiska momenten pekar i motsatta riktningar, som i antiferromagneter, men med en liten twist, vilket ger dem egenskaper som liknar ferromagneter.
Enligt ZME Science skulle denna nya materialklass kunna göra vissa elektroniska enheter upp till 1 000 gånger snabbare, eftersom den kombinerar antiferromagnetismens stabilitet med ferromagnetismens enkla manipulering.
Varför altermagnetism kan vara nyckeln till supraledning
En av de mest spännande aspekterna av altermagnetism är dess förhållande till supraledning. Enligt Live Science är supraledning ett fenomen där material leder elektricitet utan motstånd, vilket skulle göra det möjligt att skapa effektivare kraftnät, magnetsvävande tåg och ultrasnabba datorer.
Problemet är att supraledare är beroende av vissa magnetiska symmetrier för att fungera, och fram till nu har det funnits en lucka i förståelsen av hur de förhåller sig till konventionell magnetism. Det är här altermagneter kommer in i bilden, som har en unik spinnsymmetri och en egenskap som kallas tidsomvänd symmetribrytning.
Alfred Dal Din, författare till en nyare studie, påpekade att denna nya typ av magnetism är ”den felande länken” mellan magnetism och supraledning, vilket öppnar dörren för helt nya material med tillämpningar inom kvantberäkning och datalagring.
För att bekräfta förekomsten av altermagnetism använde teamet under ledning av Peter Wadley vid University of Nottingham en teknik som kallas fotoemissionselektronmikroskopi. Detta gjorde det möjligt för dem att analysera den magnetiska strukturen hos mangantellurid (MnTe), ett material som tidigare ansetts vara antiferromagnetiskt.
Enligt ZME Science projicerade forskarna polariserade röntgenstrålar på materialet och upptäckte ett unikt magnetiskt virvelmönster, som är karakteristiskt för altermagnetism. Genom att manipulera den inre magnetiska strukturen med hjälp av kontrollerad termisk cykling kunde de ändra materialets beteende, vilket visar på dess potential när det gäller att skapa nya elektroniska enheter.
Potentiella tillämpningar: från hårddiskar till kvantdatorer
Effekterna av altermagnetism kan bli enorma. Enligt Live Science skulle dessa material kunna användas i:
- Snabbare och säkrare magnetiska minnen: de skulle göra det möjligt att lagra information utan risk för yttre magnetiska störningar.
Elektroniska enheter med ultrahög hastighet: tack vare sin förmåga att manipulera elektronspinn mer effektivt skulle de kunna förbättra spinntroniken.
- Avancerade supraledare: som en brygga mellan magnetism och supraledning skulle de kunna bidra till att utveckla material som transporterar elektricitet utan förluster.
- Minskad miljöpåverkan: Till skillnad från dagens ferromagnetiska material är altermagneter inte beroende av sällsynta jordartsmetaller, vars utvinning är mycket förorenande.
Även om upptäckten av altermagnetism är ny, arbetar forskare redan med att skala upp dessa material för praktiska tillämpningar. Enligt ZME Science är nästa steg att integrera dessa material i elektroniska enheter och testa deras prestanda under verkliga förhållanden.
