Due regioni con domini antiferromagnetici chirali opposti (grigio/nero) nell'antiferromagnete chirale Mn3Sn. Un raggio incidente di luce polarizzata linearmente sulla regione grigia (nera) subisce una rotazione in senso antiorario (orario) anormalmente grande della sua polarizzazione lineare a causa dell'effetto Kerr magneto-ottico. Questi sono uguali, ma opposto, cambiamenti nella polarizzazione ottica che possono essere rilevati per "visualizzare" l'orientamento del dominio antiferromagnetico in Mn3Sn. Gli assi delle coordinate rappresentano l'orientamento del cristallo esagonale Mn3Sn con momenti magnetici di spin Mn che formano ottopoli magnetici con un triangolo in senso antiorario sul piano basale esagonale 0001. Credito:Istituto nazionale di standard e tecnologia
Gli antiferromagneti hanno generato un notevole interesse per le future tecnologie informatiche grazie alla loro rapida dinamica, la loro capacità di generare e rilevare correnti elettriche spin-polarizzate, e la loro robustezza contro i campi magnetici esterni. Nonostante queste brillanti prospettive, la magnetizzazione totale evanescente negli antiferromagneti rende difficile valutare la loro struttura magnetica interna rispetto alle loro controparti ferromagnetiche.
La comprensione limitata della struttura magnetica interna dei materiali e dei dispositivi antiferromagnetici è uno dei principali ostacoli alla manipolazione e all'utilizzo efficiente delle variazioni del loro stato magnetico. Nel lavoro che fa luce su una nuova serie di materiali antiferromagnetici, un team di ricerca internazionale guidato da ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST), il laboratorio di ricerca navale degli Stati Uniti, la Johns Hopkins University, l'Istituto di Fisica dello Stato Solido (ISSP), e l'Università di Tokyo hanno identificato un antiferromagnete metallico (Mn 3 Sn) che esibisce un grande effetto Kerr magneto-ottico spontaneo (MOKE), nonostante una magnetizzazione totale evanescente a temperatura ambiente. Un antiferromagnete metallico con un grande MOKE spontaneo promette di essere uno strumento vitale per i futuri dispositivi di memoria antiferromagnetica, dove lo stato del dispositivo potrebbe essere letto otticamente e commutato otticamente o con una corrente elettrica polarizzata in spin.
L'effetto Kerr magneto-ottico sonda la proiezione della magnetizzazione locale sul vettore d'onda di un raggio di luce in arrivo. Nella maggior parte dei materiali antiferromagnetici, le direzioni di rotazione opposte portano ad un annullamento di questo effetto, e quindi si ritiene che il MOKE sia inutile per lo studio degli antiferromagneti. Come hanno dimostrato gli scienziati del team internazionale, però, il metallo antiferromagnetico Mn 3 Sn mostra un grande MOKE con un angolo di rotazione MOKE di 20 milli-gradi a campo magnetico zero, nonostante la sua magnetizzazione prossima allo zero, che è infatti paragonabile ai metalli ferromagnetici.
Un semplice ordinamento di un antiferromagnete è collineare, in cui gli spin vicini all'interno di un dominio antiferromagnetico hanno i loro spin allineati in modo antiparallelo, in cui la freccia di uno spin punta verso l'alto mentre lo spin adiacente punta verso il basso. mn 3 Sn mostra un insolito ordine di spin chirale, in cui ogni spin viene ruotato di 120 gradi in senso antiorario rispetto al suo vicino in gruppi di tre spin centrati sui vertici di un triangolo equilatero formato da Mn atomi del Mn 3 Sn cristallo. Mentre vi è zero magnetizzazione netta sia nei sistemi di spin di 120 gradi collineari che non collineari - lo stesso del momento di dipolo zero - un emergente, momento di ottupolo non nullo è presente nel sistema di spin di Mn 3 sn. Questo momento ottupolare interagisce con la luce allo stesso modo di un ferromagnete e dà origine al grande MOKE in Mn 3 sn.
Il gruppo di ricerca internazionale, compresi gli scienziati del NIST Daniel Gopman e Robert Shull, e i ricercatori della U. Tokyo Tomoya Higo e Satoru Nakatsuji, riferire i loro risultati nel 26 gennaio, numero 2018 di Fotonica della natura .
Il fumo di Mn 3 Sn consente l'imaging in tempo reale dei domini magnetici. Utilizzando la microscopia MOKE, i ricercatori dimostrano per la prima volta il processo di inversione del dominio in Mn 3 sn. Questa scoperta indica che l'effetto Kerr osservato potrebbe essere utile non solo per lo studio della dinamica dei domini antiferromagnetici, ma anche per leggere a distanza le informazioni immagazzinate magneticamente nell'antiferromagnete. Le indagini in corso cercano di sviluppare le condizioni di lavorazione per la produzione di film sottili e Mn . su scala nanometrica 3 Sn con le vantaggiose proprietà magnetiche scoperte nei singoli cristalli sfusi.
Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione del NIST. Leggi la storia originale qui.
