Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben een nieuwe vorm van magnetisme ontdekt, 'p-golf magnetisme' genaamd, in tweedimensionale kristallen van nikkeljodide (NiI₂). Dit fenomeen, dat ferromagnetische en antiferromagnetische eigenschappen combineert, biedt veelbelovende mogelijkheden voor de ontwikkeling van geavanceerde elektronische apparaten, zoals sneller en energiezuiniger geheugen. Het p-golf magnetisme kenmerkt zich door een spiraalvormige configuratie van elektronen-spins, die 'chirale' structuren vormen die elektrisch te besturen zijn. Dit betekent dat de richting van de spins kan worden omgekeerd door een klein elektrisch veld toe te passen, wat een cruciaal mechanisme is voor spintronica. Spintronica maakt gebruik van de spin van elektronen in plaats van hun lading voor dataopslag en -verwerking, wat leidt tot efficiëntere apparaten met minder warmteontwikkeling dan traditionele elektronica. Onderzoekers schatten dat apparaten die gebruikmaken van p-golf magnetisme het energieverbruik met wel vijf ordes van grootte kunnen verminderen.
De ontdekking, gepubliceerd in Nature Communications, is het resultaat van jarenlang onderzoek en samenwerking tussen experimentele en theoretische teams. Het team van MIT-onderzoekers, waaronder Qian Song en professor Riccardo Comin, slaagde erin om de p-golf magnetische eigenschappen in nikkeljodide te synthetiseren en te observeren. Theoretische bijdragen van professor Silvia Picozzi van de Universiteit van Milaan-Bicocca waren essentieel voor het ontwikkelen van de theoretische modellen en het uitvoeren van numerieke simulaties die de experimentele bevindingen ondersteunden. De kern van de ontdekking ligt in de unieke spiraalvormige rangschikking van de spins van de nikselatomen in het kristal. Deze spiraalvorm kan links- of rechtsdraaiend zijn, en het toepassen van een elektrisch veld kan deze 'handedness' omkeren. Dit proces, bekend als 'spin-switching', is de sleutel tot het controleren van de informatiestroom op kwantumniveau. De onderzoekers konden dit effect direct waarnemen door de interactie van gepolariseerd licht met de elektronen in het materiaal, wat een duidelijke indicatie was van p-golf magnetisme.
Een belangrijke uitdaging voor de praktische toepassing van p-golf magnetisme is dat het fenomeen momenteel alleen bij extreem lage temperaturen wordt waargenomen, rond de 60 Kelvin (-213 °C). Dit is aanzienlijk onder de temperatuur van vloeibare stikstof, wat de directe implementatie in consumentenelektronica bemoeilijkt. De volgende grote stap voorwaarts is dan ook het vinden van materialen die deze p-golf magnetische eigenschappen vertonen bij kamertemperatuur. Dit zou de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van revolutionaire spintronische apparaten die de huidige technologie ver voorbijstreven op het gebied van snelheid, dichtheid en energie-efficiëntie. De implicaties van deze ontdekking reiken verder dan alleen snellere computers. Het potentieel voor energiebesparing is enorm, wat bijdraagt aan duurzamere elektronica en een vermindering van de ecologische voetafdruk van de technologie. De wetenschappelijke gemeenschap ziet in p-golf magnetisme een nieuwe grens voor de ontwikkeling van geavanceerde elektronische componenten, die de manier waarop we data opslaan en verwerken fundamenteel kunnen veranderen. De samenwerking tussen experimentele fysica en theoretische modellering, zoals die tussen MIT en de Universiteit van Milaan-Bicocca, onderstreept het belang van interdisciplinaire aanpakken voor baanbrekende wetenschappelijke doorbraken.