Po raz pierwszy w historii naukowcom udało się zaobserwować egzotyczną formę magnetyzmu, znaną jako magnetyzm p-falowy, w syntetycznym materiale stworzonym z ultracienkich warstw jodku niklu (NiI₂). Dotychczas zjawisko to pozostawało wyłącznie teoretycznym konceptem, przewidzianym przez fizyków, ale niepotwierdzonym eksperymentalnie.
W przeciwieństwie do znanych form magnetyzmu – ferromagnetyzmu, w którym spiny elektronów ustawiają się równolegle, oraz antyferromagnetyzmu, gdzie spiny znoszą się nawzajem – magnetyzm p-falowy tworzy bardziej złożony układ. Spiny elektronów układają się w spiralne, lustrzane wzory, które wzajemnie się znoszą w skali makro, ale pozostają aktywne magnetycznie na poziomie mikroskopowym. To oznacza, że materiał pozornie nie ma pola magnetycznego, choć wewnętrznie wykazuje uporządkowanie magnetyczne.
Czytaj także: Odkryli nowy rodzaj magnetyzmu! To święty Graal w badaniach nad nadprzewodnictwem
W tym konkretnym eksperymencie materiałem do badań został dwuwymiarowy jodek niklu, właśnie ze względu na swoje unikalne właściwości fizyczne, które wskazywały na jego potencjał do wykazywania magnetyzmu p-falowego. Naukowcy stworzyli ultracienkie warstwy NiI₂ za pomocą pieca wysokotemperaturowego, uzyskując strukturę, w której spiny elektronów reagowały na lokalne pola magnetyczne w charakterystycznej spiralnej konfiguracji.
Aby potwierdzić obecność p-falowego magnetyzmu, badacze skierowali na materiał światło spolaryzowane kołowo – rodzaj światła, którego fala skręca się niczym korkociąg. Dzięki temu możliwe było zwizualizowanie spiralnego ułożenia spinów elektronów. W ten sposób po raz pierwszy udało się jednoznacznie potwierdzić istnienie tego nietypowego stanu magnetycznego.
Co jednak najciekawsze, naukowcy odkryli także, że są w stanie elektronicznie sterować stanem spinów. Niewielkie pola magnetyczne mogą przełączać ich konfigurację. To z kolei oznacza, że teoretycznie możliwe jest zastosowanie tej technologii w praktyce. To duży krok w stronę tzw. spintroniki – dziedziny, w której dane są przechowywane i przetwarzane za pomocą spinów, a nie ładunków elektronów.
Należy tutaj podkreślić, że potencjalne urządzenia spintroniczne mogłyby być mniejsze, szybsze i znacznie bardziej energooszczędne niż obecne układy elektroniczne. Wstępne szacunki sugerują, że oszczędności energetyczne mogą sięgać nawet pięciu rzędów wielkości w porównaniu z klasyczną elektroniką. W czasach, w których chociażby rozwój sztucznej inteligencji czy analiza big data generują ogromne obciążenie energetyczne, może to być prawdziwa rewolucja.
Czytaj także: Odkryto dziwną formę magnetyzmu. Spotykamy ją na co dzień i nawet o tym nie wiemy
Warto jednak pamiętać, że choć odkrycie ma ogromny potencjał, to na razie pozostaje w sferze eksperymentów. Utrzymanie i manipulowanie magnetyzmem p-falowym wymaga bardzo precyzyjnych warunków laboratoryjnych i specjalistycznej aparatury. Niemniej jednak samo potwierdzenie istnienia tego stanu otwiera zupełnie nowe kierunki badań w fizyce materii skondensowanej i inżynierii materiałowej.
Mamy zatem zupełnie nową sytuację. Fakt, że naukowcy najpierw potwierdzili istnienie magnetyzmu p-falowego w syntentycznym materiale, a potem dodatkowo odkryli, że mogą ten stan kontrolować, może wywrócić przyszłość rozwoju wysokich technologii. W świecie, gdzie każdy ułamek energii ma znaczenie, kontrola spinu może okazać się kluczem do wydajniejszych komputerów, pamięci masowych i rozwoju sztucznej inteligencji. To będzie miało dla świata kluczowe znaczenie, przynajmniej do czasu opanowania fuzji jądrowej i przejścia naszej cywilizacji na ten etap rozwoju, w którym będziemy mieli dostęp do nieograniczonej ilości energii.