Tým fyziků vedený Tomášem Jungwirthem z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR představil teoretický princip i na něm založenou experimentální součástku, která se "uvnitř" chová jako magnet, ale navenek se tváří jako nemagnetická. Objev publikovaný v časopise Nature Materials může najít využití v elektronice blízké budoucnosti.
Úspěch je výsledkem dlouhodobé mezinárodní spolupráce, na níž se kromě Fyzikálního ústavu podíleli i vědci z Matematicko-fyzikální fakulty UK a fyzikové z Velké Británie a Japonska.
Tomáš Jungwirth se s kolegy věnuje výzkumu spintroniky - elektronických součástek pro ukládání a čtení digitální informace, které kromě náboje elektronu využívají také jeho spin. Jde o kvantovou vlastnost, kterou si lze zjednodušeně představit jako rotaci elektronu. Může mít kladné nebo záporné znaménko - podle směru "rotace", při které vzniká miniaturní magnetický moment.
Nemagnetický magnet
Veškeré dosud používané spintronické součástky, např. ve čtecích hlavách pevných disků či paměťových čipech, jsou založeny na feromagnetech (např. železu nebo kobaltu). Spiny elektronů v nich mají tendenci orientovat se jedním směrem, proto se materiál navenek chová jako silný magnet.
Existuje ovšem mnohem větší rodina materiálů, v nichž se spiny v okolí jedné skupiny atomů v krystalové mřížce orientují jedním směrem, ale v okolí jiné skupiny opačným směrem. Takové materiály jsou atraktivní tím, že své magnetické chování projevují jen uvnitř krystalu, zatímco navenek se chovají jako nemagnetické.
Proto se na rozdíl od feromagnetů vzájemně magneticky neovlivňují, což je cenná vlastnost zvlášť s ohledem na hustotu součástek v dnešních integrovaných obvodech.
Vědcům ovšem nebylo dosud známé, na jakém principu by mohla spintronické součástka na bázi antiferomagnetu fungovat. Fyzikové nyní představili nejen teoretický princip, ale i experimentální prototyp takové součástky. Při otočení spinů pozorovali silnou změnu elektrického odporu, podobnou jako v klasických feromagnetických spintronických součástkách.
Jev je založen na kvantově-relativistickém jevu, který je kromě své možné aplikovatelnosti ve spintronice pozoruhodný i z hlediska pochopení základních fyzikálních vlastností pevných látek.
„Pro výzkum spintroniky a její možné aplikace v oblasti senzorů a počítačových mikrosoučástek se před námi otevřela zcela nová oblast antiferomagnetických materiálů s kovovými a polovodičovými vlastnostmi, která je mnohem širší a bohatší než kovové feromagnety, na které se až doposud spintronické součástky omezovaly," říká Tomáš Jungwirth, jenž v lednu získal nejprestižnější evropský grant pro pokročilé vědecké pracovníky od Evropské výzkumné rady. Jeho pětiletý projekt výzkumu nových způsobů fungování spintronických součástek rada dotuje částkou 2,5 milionu eur (zhruba 62 milionů korun).
