Een nieuw magnetisch materiaal ontwikkeld door RIKEN-natuurkundigen zou de opslag van computergeheugen kunnen vergroten door een hogere geheugendichtheid en snellere geheugenschrijfsnelheden mogelijk te maken. Hun onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications .

Geheugenapparaten zoals harde schijven slaan gegevens op door verschillende magnetisatiepatronen over een magnetisch materiaal te creëren. Ze gebruiken magnetische materialen die bekend staan ​​als ferromagneten:materialen zoals ijzer en kobalt waarin de magnetische velden van individuele atomen op elkaar aansluiten wanneer een magnetisch veld wordt aangelegd.

Ferromagneten zijn echter niet ideaal voor gegevensopslag. "Het probleem met ferromagneten is dat aangrenzende gebieden kunnen interfereren, waardoor spontane magnetisatie ontstaat die gegevens corrumpeert. Je kunt dus geen hoge geheugendichtheid hebben", legt Meng Wang van het RIKEN Center for Emergent Matter Science uit. "Bovendien gaat het wisselen van magnetisatiepatronen langzaam."

Antiferromagnetische materialen, waarin de magnetische velden van aangrenzende atomen de neiging hebben om in tegengestelde richtingen uit te lijnen, zijn veelbelovend voor het aanpakken van deze uitdagingen. Maar omdat magnetisatie niet kan worden waargenomen in antiferromagneten, zouden natuurkundigen een andere techniek nodig hebben om gegevens te coderen en uit te lezen.

De afgelopen twintig jaar hebben natuurkundigen gesuggereerd dat bepaalde antiferromagnetische materialen een ander soort gedrag zouden kunnen ondersteunen, het 'abnormale Hall-effect' genoemd. Het zou kunnen worden gebruikt om elektronen in antiferromagnetische materialen te manipuleren om gegevens op te slaan en uit te lezen.

Het conventionele Hall-effect werd meer dan een eeuw geleden voor het eerst waargenomen in niet-magnetische materialen door de Amerikaanse natuurkundige Edwin Hall. Wanneer een elektrisch veld wordt aangelegd op een geleidend materiaal, bewegen de elektronen in een rechte lijn langs het materiaal, evenwijdig aan het elektrische veld. Maar Hall ontdekte dat wanneer er ook een extern magnetisch veld wordt aangelegd, het pad van de elektronen buigt.

Later ontdekte Hall dat deze buiging ook bij sommige magnetische materialen kan optreden, zelfs als er geen extern magnetisch veld wordt toegepast – een fenomeen dat het abnormale Hall-effect werd genoemd.

Nu hebben Wang en collega's het abnormale Hall-effect aangetoond in een antiferromagnetisch metaal dat ruthenium en zuurstof bevat, zonder magnetisch veld. Het team moest een kleine hoeveelheid chroom aan het kristal toevoegen, waardoor de symmetrische structuur enigszins veranderde, waardoor het effect mogelijk werd.

Het afwijkende Hall-effect was eerder waargenomen bij complexere soorten antiferromagneten. Maar dit is de eerste keer dat dit effect is waargenomen in een antiferromagnetisch metaal dat een eenvoudige co-lineaire structuur heeft, wat het aantrekkelijk maakt voor praktische toepassingen.

"Dit materiaal is heel eenvoudig in dunne film te vervaardigen", zegt Wang. "We hopen dat ons werk anderen inspireert om te zoeken naar andere materialen die goedkoop en gemakkelijk te maken zijn."

Meer informatie: Meng Wang et al, Opkomend abnormaal Hall-effect met nulveld in een gereconstrueerd rutiel antiferromagnetisch metaal, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43962-0

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door RIKEN