Bu Yeni Manyetizma Türü ile Ne Yapalım?

Bilim insanları, temel fizik için önemli bir adım sayılacak ve spintronik teknolojisini ciddi bir şekilde etkileyebilecek, yeni bir manyetizma türü olan “altermanyetizma”yı tanımladılar. Nature dergisinde yayımlanan keşif, “ferromanyetizma” ve “antiferromanyetizma” olarak bilinen iki temel manyetik fazın üzerine bir üçüncü olarak ekleniyor.

Spintronik ya da “dönüş-tabanlı elektronik”in, magnetoelektronik olarak da bilinir. Elektronların kuantum özelliklerini kullanarak dönüş ve yük durumlarından yararlanmayı temel alan gelişmekte olan bir teknoloji olduğunu söyleyebiliriz.

Gelelim manyetizmaya; manyetizma, gündelik hayatımızda kullandığımız mıknatıslardan daha derin bir kavramdır. Temel manyetik fazlar, maddelerin kristal yapılarındaki manyetik momentlerin (elektron spinleri) ve bu momentleri taşıyan atomların kendiliğinden oluşan özel düzenlemeleriyle tanımlanır. Ferromanyetik maddelerde spinler (elektron yönelimleri) hizalanır ve net bir makroskobik manyetik alan oluşturur. Antiferromanyetiklerde ise, spinler dönüşümlü olarak farklı yönlere bakar ve genel alanı iptal eder. Bildiğimiz mıknatıs özelliklerini göstermez.

Altermanyetiklerse, antiferromanyetiklere benzer şekilde, net makroskobik manyetizasyon sergilememelerine rağmen, spin düzenlemesi ve kristal simetrileri ile benzersiz bir elektronik yapı oluşturur. Simetriler, basitçe birbirini iptal etmek yerine, malzemenin enerji bantlarından geçtiğinizde yön değiştiren güçlü spin polarizasyonuna sahip bir elektronik bant yapısı oluşturur. Bu da ferromanyetiklere daha çok benzeyen, ancak tamamen yeni bazı özellikler ortaya çıkarır. Bu, ferromanyetiklerde bulunan güçlü spin bağımlı özelliklere benzerken, onların belirgin manyetizasyonu ile ilişkilendirilen dezavantajlara sahip değillerdir.

Spintronik, hem elektron yükünü hem de spin verisini bilgi depolamak için kullanır. Önemli potansiyeline rağmen, bazı zorluklarla karşı karşıyadır. Ferromanyetikler, güçlü spin etkileri nedeniyle kullanılabilir olsa da, net manyetizasyonlarından dolayı ölçeklenebilirlik sınırlamalarıyla karşı karşıyadır. Antiferromanyetikler ise ölçeklenebilir olmalarına rağmen, güçlü spin etkilerinden yoksundur.

Bu noktada altermıknatıslar her ikisinin de avantajlarını bir araya getirirerek potansiyel bir çözüm sunar: sıfır net manyetizasyon ve istenilen spin bağımlı özellikler ile bir sonraki nesil spintronik cihazların geliştirilebilmesi.

Altermagnetizma teorileri 2019 yılında ortaya çıkmıştı; ardından birçok potansiyel altermıknatıslı malzeme için tahminler yapıldı. Deneysel doğrulama nihayet Swiss Light Source’ta (İsviçre Işık Kaynağı) fotoemisyon spektroskopisi kullanılarak 2024 yılında gerçekleşti. Bu keşfin, spintronik, geleneksel olmayan süper iletkenlik ve yoğun madde fiziği alanlarında daha fazla araştırma için bir kapı açması muhtemel görünüyor.

Araştırmacılar, altermagnetizmanın beklenmedik basitliğine vurgu yaparak, daha önce incelenmiş birçok malzemede zaten var olduğunu belirtiyorlar. Bu erişilebilirlik, geniş bir bilimsel ve teknolojik ilerleme potansiyeli sunabilir.