De wetenschap heeft zojuist het bestaan bevestigd van een derde soort magnetisme, altermagnetisme, een fenomeen dat een revolutie teweeg zou kunnen brengen in de ontwikkeling van elektronische apparaten en dat volgens sommige onderzoekers de sleutel zou kunnen zijn tot supergeleiding.
Deze ontdekking, op 11 december gepubliceerd in het tijdschrift Nature, markeert een keerpunt in het begrip van de wetenschap van magnetisme en de invloed ervan op technologie.
Een nieuw type magnetisme dat de status quo tart
Tot nu toe waren er twee hoofdtypen magnetisme bekend. Volgens Live Science zijn dat
- Ferromagnetisme: waarbij de magnetische momenten (stel je kleine kompassen voor op atomair niveau) in dezelfde richting wijzen en een sterk magnetisch veld genereren.
- Antiferromagnetisme: waarbij naburige magnetische momenten in tegengestelde richtingen wijzen en elkaar opheffen.
Het nieuwe altermagnetisme is een combinatie van beide. Zoals Oliver Amin, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Nottingham, uitlegt, hebben deze materialen een structuur waarin de magnetische momenten in tegengestelde richtingen wijzen, zoals bij antiferromagneten, maar met een lichte draai, waardoor ze eigenschappen hebben die lijken op ferromagneten.
Volgens ZME Science zou deze nieuwe klasse materialen sommige elektronische apparaten tot 1000 keer sneller kunnen maken, omdat het de stabiliteit van antiferromagnetisme combineert met het gemak van manipulatie van ferromagnetisme.
Waarom altermagnetisme de sleutel tot supergeleiding zou kunnen zijn
Een van de meest intrigerende aspecten van altermagnetisme is de relatie met supergeleiding. Volgens Live Science is supergeleiding een fenomeen waarbij materialen elektriciteit geleiden zonder weerstand, wat de creatie van efficiëntere elektriciteitsnetten, treinen met magnetische levitatie en ultrasnelle computers mogelijk zou maken.
Het probleem is dat supergeleiders afhankelijk zijn van bepaalde magnetische symmetrieën om te kunnen werken, en tot nu toe was er een gat in het begrip van hoe ze zich verhouden tot conventioneel magnetisme. Dit is waar altermagneten om de hoek komen kijken, die een unieke spinsymmetrie hebben en een eigenschap die tijdreversale symmetriebreking wordt genoemd.
Alfred Dal Din, auteur van een recenter onderzoek, wees erop dat dit nieuwe type magnetisme “de ontbrekende schakel” is tussen magnetisme en supergeleiding en de deur opent naar geheel nieuwe materialen met toepassingen in quantumcomputing en gegevensopslag.
Om het bestaan van het altermagnetisme te bevestigen, gebruikte het team onder leiding van Peter Wadley van de Universiteit van Nottingham een techniek die foto-emissie elektronenmicroscopie wordt genoemd. Hiermee konden ze de magnetische structuur van mangaan-telluride (MnTe) analyseren, een materiaal waarvan eerder werd gedacht dat het antiferromagnetisch was.
Volgens ZME Science projecteerden de onderzoekers gepolariseerde röntgenstralen op het materiaal en ontdekten ze een uniek magnetisch vortexpatroon, kenmerkend voor altermagnetisme. Door de interne magnetische structuur te manipuleren door middel van gecontroleerde thermische cycli, konden ze het gedrag van het materiaal wijzigen, waarmee ze het potentieel ervan aantoonden voor het maken van nieuwe elektronische apparaten.
Potentiële toepassingen: van harde schijven tot quantumcomputing
De impact van altermagnetisme zou enorm kunnen zijn. Volgens Live Science zouden deze materialen gebruikt kunnen worden in:
- Sneller en veiliger magnetisch geheugen: ze zouden het mogelijk maken om informatie op te slaan zonder het risico van externe magnetische interferentie.
Elektronische apparaten met ultrahoge snelheden: dankzij hun vermogen om elektronspins efficiënter te manipuleren, zouden ze de spintronica kunnen verbeteren.
- Geavanceerde supergeleiders: als brug tussen magnetisme en supergeleiding zouden ze kunnen helpen bij de ontwikkeling van materialen die elektriciteit transporteren zonder verliezen.
- Minder impact op het milieu: in tegenstelling tot de huidige ferromagnetische materialen zijn altermagneten niet afhankelijk van zeldzame aardelementen, waarvan de winning zeer vervuilend is.
Hoewel de ontdekking van altermagnetisme recent is, werken onderzoekers al aan het opschalen van deze materialen voor praktische toepassingen. Volgens ZME Science is de volgende stap het integreren van deze materialen in elektronische apparaten en het testen van hun prestaties onder echte omstandigheden.
