Mezinárodní tým vědců boří v článku publikovaném v časopise Nature tradiční představu o dělení magnetismu na dvě větve – několik tisíciletí známou feromagnetickou a antiferomagnetickou objevenou přibližně před sto lety. Výzkumníkům se nyní podařilo experimentálně prokázat třetí altermagnetickou větev teoreticky předpovězenou vědci z Prahy a Mohuče před několika lety.
Pod pojmem magnet si obvykle představíme feromagnet, který má silné magnetické pole, díky němuž udrží nákupní seznam na lednici nebo funguje elektromotor v elektrickém automobilu. Magnetické pole feromagnetu vzniká, když je magnetické pole milionů jeho atomů sladěno ve stejném směru. Magnety lze také využít k modulaci elektrického proudu v součástkách IT.
Omezení dosud známých magnetických větví pro IT
Magnetické pole buzené feromagnety zároveň ale představuje vážné omezení prostorové a časové škálovatelnosti součástek i jejich bezpečnosti. Významná pozornost výzkumu posledních let se tak upnula k druhé, antiferomagnetické větvi. Antiferomagnety jsou méně známé, ale v přírodě mnohem běžnější materiály, jako celek nevytvářejí nežádoucí magnetická pole, ale bohužel jsou natolik antimagnetické, že zatím nenašly uplatnění v IT.
Altermagnety kombinují „neslučitelné“ přednosti
„Nedávno předpovězené altermagnety kombinují přednosti feromagnetů a antiferomagnetů, které byly považovány za principiálně neslučitelné. Navíc mají také další jedinečné přednosti, jež se v ostatních větvích nevyskytují,” říká Tomáš Jungwirth z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR.
Altermagnety si můžeme představit jako magnetické uspořádání, kde se střídají nejen směry magnetických polí na sousedních atomech, ale také se střídá prostorová orientace atomů v krystalu. Nicméně vnitřní magnetická pole modulují elektrický proud obdobně jako u feromagnetů. Tato kombinace vlastností je potenciálně velmi atraktivní právě pro aplikace v budoucí ultraškálovatelné nanoelektronice. Vědci navíc identifikovali více než 200 materiálových kandidátů na altermagnetismus s vlastnostmi pokrývajícími izolanty, polovodiče, kovy, a dokonce supravodiče.
Nové směry světového výzkumu
„Jsme rádi, že jsme mohli být součástí i koordinátorem této úvodní experimentální práce, kterou jsme uskutečnili společně s kolegy z českých, švýcarských, rakouských, německých a britských laboratoří,“ říká Tomáš Jungwirth z Fyzikálního ústavu AV ČR a dodává: „Objev altermagnetismu nastartoval nové směry světového výzkumu v oblasti nových fyzikálních a materiálových principů vysoce škálovatelných a energeticky úsporných IT součástek.“
Studie využila expertizu vědců Fyzikálního ústavu AV ČR ve spolupráci s vědci ze Západočeské univerzity v Plzni, Univerzity Karlovy, Institutu Paula Scherrera ve Švýcarsku, Gutenbergovy univerzity v Mohuči v Německu, Univerzity Johannese Keplera v Linci v Rakousku a Univerzity v Nottinghamu ve Velké Británii.
O autorech článku v časopise Nature:
Dominik Kriegne
Spoluautor experimentů z Prahy, získal prémii Lumina quaeruntur Akademie věd ČR na rozvoj materiálového portfolia altermagnetismu.
Helena Reichlová
Další pražská experimentátorka podílející se na článku v Nature, založila centrum Dioscuri Společnosti Maxe Plancka pro výzkum spinkaloritroniky a magnoniky v oblasti altermagnetismu.
Tomáš Jungwirth
Zahájil svůj druhý ERC Advanced Grant zaměřený na aplikace altermagnetismu ve spintronických IT. Altermagnetismus patří také mezi ústřední témata nedávno oceněného projektu 20 MEUR koordinovaného právěTomášem Jungwirthem a financovaného z prostředků EU v rámci Operačního programu Jana Amose Komenského.
