Учёные зафиксировали магнитное переключение за 140 триллионных секунды

Команда учёных под руководством Рё Симано из Токийского университета впервые напрямую наблюдала, как электронные спины переворачиваются внутри антиферромагнетика — материала, в котором противоположные спины компенсируют друг друга. Исследование, опубликованное в журнале Nature Materials, выявило два отдельных механизма переключения, один из которых открывает путь к созданию сверхбыстрой энергонезависимой магнитной памяти.

Антиферромагнетики, такие как Mn₃Sn, внешне нейтральны, но их внутренняя магнитная структура потенциально может хранить цифровую информацию. Долгое время было неясно, как именно и насколько быстро происходит переключение намагниченности. Чтобы это выяснить, учёные создали тонкую плёнку Mn₃Sn, пропускали через неё короткие электрические импульсы и одновременно освещали образец сверхбыстрыми вспышками света, фиксируя процесс с временным разрешением.

Эксперимент показал, что поведение зависит от силы тока. При сильном токе переключение вызывается нагревом. Однако при слабом токе спины переворачивались практически без нагрева. Этот второй, «безнагревный» механизм особенно важен, так как позволяет управлять магнитными состояниями быстро и эффективно, не расходуя энергию впустую.

«Самым сложным было измерить ничтожные изменения магнитооптического сигнала. Но мы были удивлены, насколько чётко в итоге смогли наблюдать процесс переключения», — вспоминает Рё Симано.

Наблюдения показали, что самое быстрое зафиксированное переключение составило 140 пикосекунд, что ограничено длительностью генерируемых импульсов. Учёные полагают, что сам материал способен на ещё более высокие скорости. В будущем они планируют исследовать эти пределы, создавая более короткие импульсы и оптимизируя структуру устройства.

ИИ: Это фундаментальное открытие приближает нас к новой эре спинтроники, где компьютеры смогут работать на порядки быстрее при минимальном энергопотреблении. Практическое применение таких технологий может кардинально изменить архитектуру процессоров и систем хранения данных уже в следующем десятилетии.