Ускорить компьютер в 1000 раз: как физики приручают альтермагнетизм

Физики из Университета Ноттингема впервые подтвердили существование нового типа магнетизма — альтермагнетизма. Это открытие, опубликованное в журнале Nature, может привести к созданию революционных устройств памяти, способных работать в тысячу раз быстрее современных технологий.

Альтермагнетизм характеризуется уникальным расположением магнитных моментов в материале: каждый из них направлен в сторону, противоположную соседнему. Такое расположение вызывает необычное явление — кристаллическая решетка материала слегка поворачивается относительно соседних областей, создавая новую динамику в структуре.

Руководитель исследования, профессор Питер Уэдли, сравнивает альтермагнетизм с антиферромагнетизмом, при котором магнитные моменты атомов компенсируют друг друга, выстраиваясь строго в противоположных направлениях. Однако в антиферромагнетизме кристаллическая решетка остается неизменной, а материал внешне не проявляет магнитных свойств. В случае же альтермагнетизма "закрученность" структуры изменяет симметрию материала и добавляет новые возможности для взаимодействия элементов.

Зафиксировать явление помогла установка MAX IV в Швеции. Этот комплекс, напоминающий гигантский металлический бублик, оснащен кольцевым ускорителем электронов (синхротроном), который генерирует рентгеновские лучи. Когда лучи взаимодействуют с магнитным материалом, с его поверхности выбиваются электроны. Специальный микроскоп фиксирует их, создавая изображение магнитной структуры с точностью до нескольких нанометров.

Альтермагнитные материалы способны полностью изменить подход к созданию компьютерной памяти и микроэлектроники. Современные магнитные материалы не только производятся с большими выбросами углекислого газа, но и требуют редких и токсичных тяжелых элементов. Замена таких компонентов на альтермагнитные позволит значительно увеличить скорость работы устройств, снизить энергопотребление и устранить зависимость от экологически вредных соединений.

Главное преимущество альтермагнетиков в том, что они объединяют лучшие свойства ферромагнетиков и антиферромагнетиков. Это делает их не только быстрее — до тысячи раз по сравнению с нынешними технологиями, — но и более надежными, с меньшим потреблением энергии.