Hematit yang kaya zat besi, yang biasa ditemukan di batuan dan tanah, ternyata memiliki sifat magnetik yang menjadikannya bahan yang menjanjikan untuk komputasi generasi berikutnya yang sangat.
Pada tahun 2023, para peneliti berhasil mengirim dan menyimpan data menggunakan gelombang magnetik bebas biaya yang disebut gelombang spin, daripada aliran elektron tradisional. Tim dari laboratorium material magnetik nano dan magnonik, yang dipimpin oleh Dirk Grundler, di School of Engineering menggunakan sinyal frekuensi radio untuk menggairahkan gelombang putaran yang cukup untuk membalikkan keadaan magnetisasi nanomagnet kecil. Saat beralih dari 0 ke 1, misalnya, ini memungkinkan nanomagnet untuk menyimpan informasi digital; Proses yang digunakan dalam memori komputer, dan lebih luas dalam teknologi informasi dan komunikasi.
Pekerjaan ini merupakan langkah besar menuju komputasi berkelanjutan, karena pengkodean data melalui gelombang spin (yang quasipartikelnya disebut magnon) dapat menghilangkan kehilangan energi, atau pemanasan joule, yang terkait dengan perangkat berbasis elektron. Tetapi pada saat itu, sinyal gelombang spin tidak dapat digunakan untuk mengatur ulang bit magnetik untuk menimpa data yang ada.
Hematite menunjukkan fisika putaran yang sama sekali baru yang dapat dipanen untuk pemrosesan sinyal pada frekuensi ultrahigh, yang sangat penting untuk pengembangan perangkat spintonik ultrafast dan aplikasinya dalam teknologi informasi dan komunikasi generasi berikutnya. ”
Dirk Grundler
Sekarang Grundler's Lab, bekerja sama dengan rekan kerja di Beihang University di Cina, telah menerbitkan penelitian di Fisika Alam Itu bisa memungkinkan pengkodean berulang seperti itu. Secara khusus, mereka melaporkan perilaku magnetik yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam hematit: senyawa oksida besi yang berlimpah bumi dan jauh lebih ramah lingkungan daripada bahan yang saat ini digunakan dalam spintonik.
Grundler menjelaskan: “Karya ini menunjukkan bahwa hematit bukan hanya pengganti yang berkelanjutan untuk bahan yang sudah mapan seperti yttrium Iron Garnet. Ini menunjukkan fisika putaran yang sepenuhnya baru yang dapat dipanen untuk pemrosesan sinyal pada frekuensi ultrahigh, yang penting untuk pengembangan perangkat spintronik ultrafastik, dan aplikasi mereka dalam informasi generasi berikutnya. Generasi berikutnya.”
Dua mode magnon lebih baik dari satu
Penemuan itu datang secara tak terduga ketika alumnus EPFL Haiming Yu, sekarang seorang profesor di Institut Beijing Fert di Laboratorium Kunci MIIT Spintonics di Universitas Beihang, mendeteksi beberapa sinyal listrik aneh yang berasal dari garis platinum berstruktur nano pada hematit. Sinyal, diukur oleh peneliti Lutong Sheng dari kelompok yang sama, tidak seperti apa pun yang diamati pada bahan magnetik konvensional, jadi tim Yu mengirim perangkat mereka ke laboratorium Grundler untuk dianalisis.
Saat memeriksa sinyal magnon dalam sampel, Grundler melihat 'goyangan' dalam distribusi spasial mereka. “Pengamatan yang tajam ini akhirnya mengarah pada penemuan pola interferensi, yang merupakan titik balik kritis dari penelitian ini,” kata Yu. Memang, menggunakan mikroskop hamburan cahaya, kandidat PHD EPFL Anna Duvakina menentukan bahwa sinyal listrik aneh dalam sampel hematit terkait dengan pola gangguan antara dua eksitasi gelombang spin terpisah yang disebut mode magnon.
Bahan -bahan magnetik lainnya seperti yttrium besi garnet hanya menghasilkan satu mode magnon, tetapi memiliki dua mode magnon sangat penting: itu berarti bahwa arus putaran yang dihasilkan dari magnon dapat dibuat untuk beralih bolak -balik antara polarisasi yang berlawanan pada perangkat yang sama, yang pada gilirannya dapat mengubah keadaan magnetisasi nanomagnet di kedua arah. Secara teori, ini akhirnya dapat memungkinkan pengkodean dan penyimpanan data digital yang berulang. Selanjutnya, para peneliti berharap untuk menguji ide ini dengan memasang nanomagnet ke perangkat hematit.
“Hematit telah diketahui manusia selama ribuan tahun tetapi magnetnya terlalu lemah untuk aplikasi standar. Sekarang, ternyata itu mengungguli bahan yang dioptimalkan untuk elektronik gelombang mikro pada 1950 -an,” kata Grundler. “Ini adalah keindahan sains: Anda dapat mengambil materi lama yang berlimpah ini dan menemukan aplikasi yang sangat tepat waktu untuk itu, yang dapat memungkinkan kami untuk memiliki pendekatan yang lebih efisien dan berkelanjutan untuk Spintonics.”
Referensi
Sheng, L., Duvakina, A., Wang, H. et al. Kontrol arus putaran dengan gangguan magnon dalam antiferromagnet yang miring. Nat. Phys. (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-02819-7
