Arah putaran elektron ditentukan oleh arah gerak elektron. Kredit: © Hans-Joachim Elmers / JGU
Para peneliti di Universitas Mainz telah mampu memvisualisasikan magnet kelas ketiga, yang disebut altermagnetisme, sedang beraksi.
Ferromagnetisme dan antiferromagnetisme telah lama dikenal para ilmuwan sebagai dua kelas bahan tatanan magnetik. Pada tahun 2019, para peneliti di Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) mendalilkan kelas magnet ketiga, yang disebut altermagnetisme. Sejak saat itu, altermagnetisme ini telah menjadi bahan perdebatan sengit di kalangan para ahli, dan beberapa orang menyatakan keraguan tentang keberadaannya.
Baru-baru ini, tim peneliti eksperimental yang dipimpin oleh Profesor Hans-Joachim Elmers di JGU mampu mengukur untuk pertama kalinya di DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) sebuah efek yang dianggap sebagai ciri khas altermagnetisme, sehingga memberikan bukti keberadaan magnetisme jenis ketiga ini. Hasil penelitiannya dipublikasikan di Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
Altermagnetisme – fase magnet baru
Sementara feromagnet, yang kita semua tahu dari magnet kulkas, memiliki semua momen magnetnya yang sejajar dalam arah yang sama, antiferromagnet memiliki momen magnet yang bergantian. Jadi, pada tingkat makroskopis, momen magnet antiferromagnet saling menghilangkan, sehingga tidak ada medan magnet luar – yang akan menyebabkan magnet kulkas yang terbuat dari bahan ini terjatuh begitu saja dari pintu kulkas. Momen magnetik pada altermagnet berbeda dalam orientasinya.
“Altermagnet menggabungkan keunggulan feromagnet dan antiferromagnet. Momen magnet yang berdekatan selalu antiparalel satu sama lain, seperti pada antiferromagnet, sehingga tidak ada efek magnet makroskopis, namun, pada saat yang sama, mereka menunjukkan arus terpolarisasi spin – seperti halnya feromagnet,” jelas Profesor Hans-Joachim Elmers. kepala kelompok Magnetisme di Institut Fisika JGU.
Bergerak searah dengan putaran seragam
Arus listrik biasanya menghasilkan medan magnet. Namun, jika kita menganggap altermagnet secara keseluruhan, mengintegrasikan polarisasi spin dalam pita elektronik ke segala arah, menjadi jelas bahwa medan magnet harus nol meskipun terdapat arus terpolarisasi spin. Sebaliknya, jika perhatian dibatasi pada elektron-elektron yang bergerak ke arah tertentu, kesimpulannya adalah elektron-elektron tersebut pasti mempunyai spin yang seragam.
“Fenomena keselarasan ini tidak ada kaitannya dengan penataan ruang atau lokasi elektron berada, melainkan hanya pada arah kecepatan elektron,” tambah Elmers. Karena kecepatan (v) dikalikan massa (M) sama dengan momentum (P), fisikawan menggunakan istilah “ruang momentum” dalam konteks ini. Efek ini telah diprediksi di masa lalu oleh kelompok teoretis di JGU yang dipimpin oleh Profesor Jairo Sinova dan Dr. Libor Šmejkal.
Bukti diperoleh dengan menggunakan mikroskop elektron momentum
“Tim kami adalah orang pertama yang memverifikasi efeknya secara eksperimental,” kata Elmers. Para peneliti menggunakan mikroskop momentum yang diadaptasi secara khusus. Untuk percobaan mereka, tim memaparkan lapisan tipis rutenium dioksida ke sinar-X. Eksitasi elektron yang dihasilkan cukup untuk emisinya dari lapisan rutenium dioksida dan pendeteksiannya. Berdasarkan distribusi kecepatan, para peneliti dapat menentukan kecepatan elektron dalam rutenium dioksida. Dan dengan menggunakan sinar-X terpolarisasi sirkular, mereka bahkan mampu menyimpulkan arah putaran.
Untuk mikroskop momentumnya, para peneliti mengubah bidang fokus yang biasanya digunakan untuk observasi pada mikroskop elektron standar. Alih-alih gambar yang diperbesar dari permukaan film rutenium oksida, detektor mereka menunjukkan representasi ruang momentum. “Momentum yang berbeda muncul pada posisi berbeda pada detektor. Sederhananya, berbagai arah pergerakan elektron dalam suatu lapisan diwakili oleh titik-titik yang sesuai pada detektor,” kata Elmers.
Altermagnetisme mungkin juga relevan dengan spintronik. Hal ini melibatkan penggunaan momen magnetik elektron sebagai pengganti muatannya dalam memori akses acak dinamis. Hasilnya, kapasitas penyimpanan dapat ditingkatkan secara signifikan. “Hasil kami dapat menjadi solusi terhadap tantangan besar di bidang spintronik,” saran Elmers. “Memanfaatkan potensi altermagnet akan mempermudah pembacaan informasi yang tersimpan berdasarkan polarisasi putaran pada pita elektronik.”
Referensi:
“Pengamatan pemutusan simetri pembalikan waktu pada struktur pita RuO2 altermagnetik” oleh Olena Fedchenko, Jan Minár, Akashdeep Akashdeep, Sunil Wilfred D’Souza, Dmitry Vasilyev, Olena Tkach, Lukas Odenbreit, Quynh Nguyen, Dmytro Kutnyakhov, Nils Wind, Lukas Wenthaus, Markus Scholz, Kai Rossnagel, Moritz Hoesch, Martin Aeschlimann, Benjamin Stadtmüller, Mathias Kläui, Gerd Schönhense, Tomas Jungwirth, Anna Birk Hellenes, Gerhard Jakob, Libor Šmejkal, Jairo Sinova dan Hans-Joachim Elmers, 31 Januari 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adj4883
“Emerging Research Landscape of Altermagnetism” oleh Libor Šmejkal, Jairo Sinova dan Tomas Jungwirth, 8 Desember 2022, Tinjauan Fisik X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.12.040501
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
