Ερευνητές αποκάλυψαν κρυμμένες – μέχρι πρότινος – μαγνητικές δομές σε «καθαρό» αντισιδηρομαγνητικό υλικό

«Ενδιαφέρον αλλά άχρηστο», έτσι περιέγραψε ο Louis Néel τους αντισιδηρομαγνήτες, υλικά των οποίων η ανακάλυψη του χάρισε το 1970 το βραβείο Nobel στη Φυσική. Κάνοντας ένα άλμα εμπρός κατά 50 χρόνια, τα υλικά αυτά βρίσκονται να αποτελούν τάση να χρησιμοποιούνται μεταξύ των φυσικών συμπυκνωμένης ύλης, που εξερευνούν τη χρήση τους στην επόμενη γενιά συσκευών επεξεργασίας της πληροφορίας και αποθήκευσης. Όμως για να γίνει το βήμα από άχρηστα σε χρήσιμα υλικά, πολλά άγνωστα ακόμη χρειάζεται να αποκαλυφθούν. Πρόσφατα, ο Martin Wörnle και οι συνεργάτες του στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας (Eidgenössische Technische Hochschule ή ETH) στη Ζυρίχη έλυσε ένα από αυτά τα μυστήρια: πώς τα σπιν σε ένα «καθαρό» αντισηδιρομαγνητικό υλικό – ένα υλικό όπου τα σπιν μπορούν να δείχνουν μόνο είτε επάνω είτε κάτω – περιστρέφονται μεταξύ των (μαγνητικών) περιοχών.

Η ομάδα χρησιμοποίησε μια τεχνική μαγνητομετρίας νανοκλίμακας (nanoscale scanning diamond magnetometry), η οποία μπορεί να μετρήσει μαγνητικά πεδία μόλις λίγα μικροτέσλα με χωρική ανάλυση λιγότερο από 50 nm, για να χαρτογραφήσουν τα διαφεύγοντα μαγνητικά πεδία σε διάφορα δείγματα οξειδίου του χρωμίου. Τα διαφεύγοντα μαγνητικά πεδία είναι πεδία που προεξέχουν από ένα υλικό και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βρεθεί ο προσανατολισμός των σπιν στο εσωτερικό των διεπαφών των υποπλεγμάτων μαγνήτισης.

Ο Wörnle και οι συνεργάτες του παρατήρησαν δυο τύπους διεπαφών υποπλεγμάτων: Στις τύπου Bloch, οι διευθύνσεις των σπιν περιστρέφονται ομαλά στο επίπεδο της διεπαφής, περνώντας το μεσαίο σημείο στο κέντρο του υποπλέγματος. Στις τύπου Néel διεπαφές, η διεύθυνση των σπιν είναι κάθετη σε αυτές και τα σπιν έχουν μια χειραλική περιστροφή. Τα περισσότερα δείγματα περιείχαν την ενεργειακά προνομοιούχα διεπαφή τύπου Bloch, η οποία έχει μικρότερα διαφεύγοντα μαγνητικά πεδία. Άλλοι ερευνητές έχουν συλλάβει παρόμοιες εικόνες για αντισιδηρομαγνήτες στους οποίους τα σπιν μπορούν να δείχνουν σε περισσότερες από δυο διευθύνσεις, όμως η ομάδα σημειώνει ότι αυτές είναι οι πρώτες εικόνες για έναν όγκο δειγμάτων καθαρού αντισιδηρομαγνήτη.