Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) совершили прорыв в области физики конденсированного состояния, обнаружив новую форму магнетизма, получившую название «p-волновой магнетизм». Это явление наблюдалось в двумерных кристаллах никелевого йодида (NiI₂) и открывает захватывающие перспективы для развития спинтроники — передовой области электроники, использующей спин электрона для обработки и хранения информации.
Суть открытия заключается в уникальной спиральной конфигурации электронных спинов, которая сочетает в себе характеристики как ферромагнетизма, так и антиферромагнетизма. В отличие от традиционных магнитов, где спины электронов выровнены в одном направлении, или антиферромагнетиков, где они компенсируют друг друга, в «p-волновом магнетизме» спины образуют «хиральные» структуры. Эти структуры, напоминающие левосторонние и правосторонние спирали, обладают ключевым свойством: их ориентацию можно контролировать с помощью электрического поля. Это означает, что исследователи могут изменять спиновое состояние материала, просто подавая на него напряжение определенной полярности. Открытие, опубликованное в журнале Nature Communications, было сделано при крайне низких температурах, около 60 Кельвинов (-213 °C).
Тем не менее, его значение для будущих технологий трудно переоценить. Спинтроника стремится заменить традиционную электронику, которая полагается исключительно на электрический заряд электронов. Используя спин, можно создавать устройства, которые будут работать значительно быстрее, потреблять меньше энергии и обладать большей энергоэффективностью. Это особенно важно в контексте растущих требований к вычислительной мощности и стремления к созданию более устойчивых электронных систем. Теоретическая поддержка исследования была оказана профессором Сильвией Пикоцци из Университета Милана-Биккока, которая внесла вклад в разработку теоретических моделей и проведение численных симуляций. Это подчеркивает международный и междисциплинарный характер современной науки, где сотрудничество между экспериментальными и теоретическими группами является ключом к прорывным открытиям.
Спиновая электроника, как направление, активно развивается уже несколько десятилетий. Исследования, начатые еще в 1970-80-х годах, были направлены на изучение спин-зависимого транспорта носителей заряда. Открытия таких эффектов, как гигантское магнитосопротивление (GMR) и туннельное магнитосопротивление (TMR), позволили создать высокочувствительные головки жестких дисков и магниторезистивную память (MRAM). В последние годы ученые из MIT также добились успехов в модуляции спиновых волн, что является важным шагом к созданию быстродействующих компьютерных схем, где элементы обмениваются информацией практически мгновенно. Однако, несмотря на значительный прогресс, перед спинтроникой стоят и вызовы. Одним из них является достижение рабочих температур, близких к комнатной, для практического применения. Исследователи активно ищут новые материалы, которые могли бы демонстрировать спинтронные эффекты при более доступных условиях. Успех в этой области может привести к революции в создании электронных устройств, делая их более компактными, быстрыми и энергоэффективными, что соответствует глобальным тенденциям развития информационных технологий и стремлению к снижению энергопотребления.
«p-волновой магнетизм» в никелевом йодиде (NiI₂) представляет собой уникальное явление, где спины электронов образуют хиральные спиральные структуры. Это сочетание ферромагнетизма и антиферромагнетизма позволяет управлять ориентацией спинов с помощью электрического поля, что открывает новые возможности для спинтроники. Хотя открытие было сделано при низких температурах (60 Кельвинов), оно имеет огромное значение для будущих технологий, стремящихся к более быстрой и энергоэффективной электронике. Профессор Сильвия Пикоцци из Университета Милана-Биккока внесла значительный вклад в теоретическую поддержку исследования, подчеркивая международный характер научных открытий. История спинтроники, начиная с эффектов GMR и TMR, привела к созданию таких технологий, как MRAM. Несмотря на прогресс, ключевым вызовом остается достижение комнатных рабочих температур для широкого применения.