Para ilmuwan menemukan bentuk magnet baru ke-3 yang mungkin menjadi 'mata rantai yang hilang' dalam pencarian superkonduktivitas
Para peneliti telah memperoleh bukti konklusif pertama tentang kelas ketiga yang sulit dipahami daya tarikdisebut altermagnetisme. Temuan mereka dipublikasikan pada 11 Desember di jurnal tersebut Alamdapat merevolusi desain perangkat memori magnetik berkecepatan tinggi baru dan memberikan potongan puzzle yang hilang dalam pengembangan yang lebih baik superkonduktor bahan.
“Kami sebelumnya telah memiliki dua jenis magnet yang sudah dikenal,” penulis studi Oliver Aminseorang peneliti postdoctoral di Universitas Nottingham di Inggris, mengatakan kepada Live Science. Ferromagnetisme, dimana momen magnet, yang dapat Anda bayangkan seperti panah kompas kecil pada skala atom, semuanya mengarah ke arah yang sama. Dan antiferromagnetisme, di mana momen magnet di dekatnya menunjuk ke arah yang berlawanan – Anda dapat menggambarkannya lebih seperti papan catur ubin putih dan hitam bergantian.”
Putaran elektron dalam arus listrik harus mengarah ke salah satu dari dua arah dan dapat sejajar dengan atau melawan momen magnetis ini untuk menyimpan atau membawa informasi, yang menjadi dasar perangkat memori magnetik.
Suatu bentuk magnet baru
Bahan altermagnetik, pertama kali berteori pada tahun 2022memiliki struktur yang berada di antara keduanya. Setiap momen magnetis individu menunjuk ke arah yang berlawanan dengan tetangganya, seperti pada bahan antiferromagnetik. Namun setiap unit sedikit terpelintir relatif terhadap atom magnet yang berdekatan, sehingga menghasilkan beberapa sifat mirip feromagnetik.
Oleh karena itu, altermagnet menggabungkan sifat terbaik dari bahan feromagnetik dan antiferromagnetik. “Manfaat feromagnet adalah kita memiliki cara yang mudah untuk membaca dan menulis memori menggunakan domain atas dan bawah,” rekan penulis studi tersebut. Alfred Dal Dinseorang mahasiswa doktoral juga di Universitas Nottingham, mengatakan kepada Live Science. “Tetapi karena bahan-bahan ini mempunyai daya tarik bersih, informasi tersebut juga mudah hilang dengan mengusapkan magnet ke atasnya.”
Sebaliknya, bahan antiferromagnetik jauh lebih sulit dimanipulasi untuk penyimpanan informasi. Namun, karena bahan-bahan tersebut mempunyai daya magnet nol, informasi dalam bahan-bahan ini jauh lebih aman dan lebih cepat untuk dibawa. “Altermagnet memiliki kecepatan dan ketahanan antiferromagnet, tetapi mereka juga memiliki sifat feromagnet penting yang disebut pemutusan simetri pembalikan waktu,” kata Dal Din.
Properti yang menakjubkan ini melihat simetri objek yang bergerak maju dan mundur dalam waktu. Misalnya, partikel gas beterbangan, bertabrakan secara acak dan memenuhi ruang, kata Amin. “Jika Anda memundurkan waktu, perilaku itu tidak akan berbeda.”
Ini berarti simetrinya dipertahankan. Namun, karena elektron memiliki putaran kuantum dan momen magnet, pembalikan waktu – dan, oleh karena itu, arah perjalanan – akan membalik putaran tersebut, yang berarti simetrinya rusak. “Jika Anda melihat kedua sistem elektron tersebut – yang satu di mana waktu berjalan normal dan satu lagi yang berjalan mundur – keduanya terlihat berbeda, sehingga simetrinya rusak,” jelas Amin. “Hal ini memungkinkan adanya fenomena listrik tertentu.”
Menemukan 'mata rantai yang hilang' dari superkonduktivitas
Tim — dipimpin oleh Peter Wadleyseorang profesor fisika di Universitas Nottingham — menggunakan teknik yang disebut mikroskop elektron fotoemisi untuk menggambarkan struktur dan sifat magnetik telurida mangan, bahan yang sebelumnya diyakini bersifat antiferromagnetik.
“Aspek magnet yang berbeda-beda menjadi terang tergantung pada polarisasi sinar-X yang kita pilih,” kata Amin. Cahaya yang terpolarisasi secara sirkular mengungkapkan domain magnetik berbeda yang diciptakan oleh rusaknya simetri pembalikan waktu, sementara sinar-X yang terpolarisasi secara horizontal atau vertikal memungkinkan tim untuk mengukur arah momen magnetik di seluruh material. Dengan menggabungkan hasil kedua eksperimen tersebut, para peneliti menciptakan peta pertama dari berbagai domain dan struktur magnetik dalam bahan altermagnetik.
Dengan adanya bukti konsep ini, tim membuat serangkaian perangkat altermagnetik dengan memanipulasi struktur magnet internal melalui teknik siklus termal terkontrol.
“Kami mampu membentuk tekstur pusaran eksotis ini dalam perangkat heksagonal dan segitiga,” kata Amin. “Vortisitas ini mendapatkan lebih banyak perhatian dalam spintronik sebagai pembawa informasi potensial, jadi ini adalah contoh pertama yang bagus tentang cara membuat perangkat praktis.”
Penulis penelitian mengatakan kekuatan untuk menggambarkan dan mengendalikan bentuk magnet baru ini dapat merevolusi desain perangkat memori generasi mendatang, dengan peningkatan kecepatan operasional dan peningkatan ketahanan serta kemudahan penggunaan.
“Altermagnetisme juga akan membantu pengembangan superkonduktivitas,” kata Dal Din. “Untuk waktu yang lama, terdapat lubang dalam kesimetrian antara kedua area ini, dan kelas material magnetis yang masih sulit dipahami hingga saat ini ternyata merupakan mata rantai yang hilang dalam teka-teki tersebut.”
