Een internationaal team van natuurkundigen heeft vooruitgang geboekt in het gebruik van antiferromagnetische materialen in geheugenopslagapparaten.

Antiferromagneten zijn materialen die een intern magnetisme hebben dat wordt veroorzaakt door de spin van elektronen, maar bijna geen extern magnetisch veld. Ze zijn interessant vanwege hun potentieel voor gegevensopslag, aangezien de afwezigheid van dit externe (of "lange afstand") magnetische veld betekent dat de data-eenheden - bits - dichter in het materiaal kunnen worden verpakt.

Dit in tegenstelling tot ferromagneten, die in standaard magnetische geheugenapparaten worden gebruikt. De bits in deze apparaten genereren magnetische velden met een groot bereik, waardoor ze niet te dicht op elkaar worden gepakt, omdat ze anders zouden interageren.

De eigenschap die wordt gemeten om een ​​antiferromagnetisch bit uit te lezen, wordt het Hall-effect genoemd, wat een spanning is die loodrecht op de aangelegde stroomrichting lijkt te staan. Als de spins in de antiferromagneet allemaal worden omgedraaid, verandert de Hall-spanning van teken. Dus het ene teken van de Hall-spanning komt overeen met een "1" en het andere teken met een "0" - de basis van binaire code die in alle computersystemen wordt gebruikt.

Hoewel wetenschappers al heel lang weten over het Hall-effect in ferromagnetische materialen, is het effect in antiferromagneten pas de afgelopen tien jaar erkend en nog steeds slecht begrepen.

Een team van onderzoekers van de Universiteit van Tokio, in Japan, de Cornell- en Johns Hopkins-universiteiten in de VS en de Universiteit van Birmingham in het VK hebben een verklaring voorgesteld voor het "Hall-effect" in een Weyl-antiferromagneet (Mn₃ Sn), een materiaal dat een bijzonder sterk spontaan Hall-effect heeft.

Hun resultaten, gepubliceerd in Nature Physics , hebben gevolgen voor zowel ferromagneten als antiferromagneten, en dus voor de volgende generatie geheugenopslagapparaten in het algemeen.

De onderzoekers waren geïnteresseerd in Mn₃ Sn omdat het geen perfecte antiferromagneet is, maar wel een zwak extern magnetisch veld heeft. Het team wilde weten of dit zwakke magnetische veld verantwoordelijk was voor het Hall-effect.

In hun experiment gebruikte het team een ​​apparaat dat is uitgevonden door dokter Clifford Hicks, aan de Universiteit van Birmingham, die ook co-auteur is van het papier. Het apparaat kan worden gebruikt om een ​​instelbare spanning op het te testen materiaal uit te oefenen. Door deze spanning toe te passen op deze Weyl-antiferromagneet, zagen de onderzoekers dat het resterende externe magnetische veld toenam.

Als het magnetische veld het Hall-effect zou aansturen, zou er een overeenkomstig effect zijn op de spanning over het materiaal. De onderzoekers toonden aan dat de spanning in feite niet substantieel verandert, wat bewijst dat het magnetische veld niet belangrijk is. In plaats daarvan concludeerden ze dat de opstelling van ronddraaiende elektronen in het materiaal verantwoordelijk is voor het Hall-effect.

Clifford Hicks, co-auteur van het artikel aan de Universiteit van Birmingham, zegt dat "deze experimenten bewijzen dat het Hall-effect wordt veroorzaakt door de kwantuminteracties tussen geleidingselektronen en hun spins. De bevindingen zijn belangrijk voor het begrijpen en verbeteren van magnetisch geheugen technologie." + Verder verkennen

Nieuwe halfgeleider geeft nieuw perspectief op afwijkend Hall-effect