Физики из США и Японии разработали способ управления антимагнетиками — материалами, которые могут обеспечить ультрабыструю передачу данных и революционные технологии связи. Результаты их работы опубликованы в журнале Science.
Магнитные материалы, такие как те, что используются в жестких дисках и банковских картах, хорошо изучены. Их атомы функционируют как крохотные магниты, ориентированные в одном направлении, что создает заметное магнитное поле. В отличие от них, в антимагнетиках атомные «магниты» направлены в противоположные стороны и нейтрализуют друг друга. Это делает антимагнетики внешне немагнитными, и именно по этой причине их долгое время было сложно применять на практике.
Тем не менее, в этом и кроется их потенциал. Антимагнетики способны передавать сигналы и переключаться на скорости, в тысячи раз превышающей скорости традиционных магнитных материалов. Это свойство делает их особенно интересными для научного изучения. Основная сложность заключалась в невозможности точно измерить и контролировать поведение атомов в этих материалах.
Исследователи нашли решение — они разработали крошечные устройства, использующие квантовый эффект туннелирования, при котором электроны проходят сквозь тонкий барьер. Когда в антимагнетиках меняется направление атомных «магнитов», это воздействует на движение электронов.
Это открытие позволило впервые наблюдать и контролировать процессы внутри антимагнетиков с помощью электричества с высокой точностью, вплоть до отдельных тонких слоев материала. Подобный подход открывает путь к созданию миниатюрных генераторов сигналов, работающих на невероятно высоких частотах, опережая современные радиосистемы и процессоры.
«Мы доказали, что антимагнетики — это больше чем теория, это дорога в будущее технологий», — отметили авторы исследования.
В перспективе подобные материалы могут стать основой для сверхскоростных и энергоэффективных коммуникационных устройств и вычислительных систем. Ранее также была решена одна из ключевых задач на пути к развитию квантовых технологий.