Zobrazovací metoda pro spintroniku

Ve spolupráci s Czexpats in Science

Spintronika se zabývá využitím kvantové vlastnosti elektronu – spinu – pro vylepšení elektronických součástek. Typickým příkladem spintronické součástky je magnetoresistive random-access memory (MRAM), která slouží k ukládání dat v elektronických zařízeních. Hledání nových materiálů a principů pro efektivnější (rychlejší, energeticky úspornější atd.) zápis informací je jeden z obecných cílů spintroniky.

Zobrazení magnetických vlastností a jejich přepsání v nekolineárním antiferomagnetu. Součástka byla nejprve polarizovaná tak, že magnetické vlastnosti byly všude stejné (modrá barva), poté byla na vybrané části součástky zapsána opačná magnetická polarizace (červená barva).

Mezi materiály zkoumanými pro využití ve spintronice převažují takzvané feromagnety (například železo nebo nikl). Magnety, které se přitahují nebo odpuzují, jak známe z běžného života, jsou typicky tvořené těmito materiály. V posledních letech se pro možné spintronické využití začínají studovat i takzvané antiferromagnety (viz Vesmír 95, 628, 2016/11). Tyto materiály nevytvářejí ve svém okolí magnetické pole, v běžném životě tedy nepoznáme, že se jedná o magnetický uspořádaný materiál. V některých případech ale mohou být v porovnání s feromagnety mnohem efektivnější nebo dokonce nabídnout novou funkci.

Magnetismus daného materiálu je obecně výsledkem uspořádání jednotlivých spinů na mikroskopické úrovni. Ve feromagnetu jsou spiny orientovány paralelně, jejich momenty se tedy sčítají. V antiferomagnetu jsou jednotlivé spiny orientovány tak, že výsledný vnější magnetický moment je nulový. Tento fakt mimo jiné brání širšímu využití antiferomagnetů, protože jsou kvůli nulovému vnějšímu magnetickému poli pro mnoho metod neviditelné. Velký pokrok posledních let umožnil měnit a zobrazovat spinové uspořádání v nejjednodušší třídě antiferomagnetů (spiny orientovány antiparalelně), zobrazení a zápis magnetické informace do složitějších antiferomagnetů však představuje dosud nevyřešený problém.

Krokem vpřed je naše nedávno zveřejněná práce [1]. K zobrazení magnetických vlastností s prostorovým rozlišením v nekolineárním antiferomagnetu Mn3Sn využíváme takzvaný anomální Nernstův jev (ANE). Pomocí laseru vytvoříme lokální termální gradient (na obr. podél osy z) a současně měříme termálně indukované napětí. Toto napětí vypovídá o lokálních magnetických vlastnostech místa, které je ozářeno laserem. Vhodnou kombinací výkonu laseru a přiložením externího magnetického pole můžeme navíc magnetické vlastnosti antiferomagnetu přepisovat.

Ačkoliv jsme tuto zobrazovací metodu demonstrovali na jednom materiálu, je možné ji použít pro jakýkoliv materiál, který vykazuje nějaký magneto-termální efekt. Tato práce umožní studium zápisu a čtení informace v komplexních antiferomagnetech a jejich využití například jako paměťové médium.

[1] Reichlova H. et al.: Nature Communications, 2019, DOI: 10.1038/s41467-019-13391-z