Magnetism là một lực kỳ lạ và mạnh mẽ. Với một cách gần như siêu nhiên, nam châm có thể bám dính vào các bề mặt mà không cần đến bất kỳ chất kết dính nào, điều này lý giải tại sao những trò chơi như Etch-a-Sketch và Operation đã mê hoặc nhiều thế hệ trẻ em.
Chúng ta thường gặp magnetism dạng ferromagnetism, mà bạn có thể hình dung qua những chiếc nam châm trên tủ lạnh. Đây là hiện tượng mô tả cách các kim loại như sắt và niken bị từ hóa trong một trường từ và từ đó bám dính lên những bề mặt nhất định. Bên cạnh đó, còn có các vật liệu paramagnetic, như nhôm, có sức hút yếu và gần như không thể nhận thấy với nam châm. Thậm chí, còn có cả antiferromagnetism - một loại magnetism mà trong đó các nguyên tử hoặc ion từ tính trong một vật liệu sẽ triệt tiêu lẫn nhau nếu chúng ở gần nhau.
Nhưng còn một loại magnetism không thuộc về bất kỳ dạng nào ở trên. Bằng cách kết hợp các đặc tính của vật liệu ferromagnetic và antiferromagnetic, các nhà vật lý tại MIT đã phát minh ra một loại magnetism mới có thể cách mạng hóa các chip nhớ lưu trữ dữ liệu trong laptop và smartphone. Được gọi là "p-wave magnetism", loại magnetism này sử dụng spin của các nguyên tử trong một vật liệu thay vì điện tích của chúng để tạo ra các tính chất từ tính.
Theo một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nature, phát hiện này mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các thiết bị spintronic antiferromagnetic siêu nhanh, tiết kiệm năng lượng và có độ bền cao. Spintronics có vẻ như một thuật ngữ dành cho DJ quay đĩa trên một hành tinh khác - và thực tế là nó cũng khá “khác lạ” - nhưng thực chất, đây là một lĩnh vực khoa học xoay quanh việc điều khiển spin của các nguyên tử trong các vật liệu ferromagnetic và antiferromagnetic.
Các nguyên tử trong ferromagnets được biết đến với khả năng quay theo cùng một hướng, và khi các nguyên tử quay, các electron của chúng cũng sẽ quay theo. Những electron này, quay quanh hạt nhân, tạo ra các trường từ khiến ferromagnets bám dính vào một số kim loại. Ngược lại, các nguyên tử lân cận trong antiferromagnets có spin ngược chiều, nghĩa là các electron tạo ra trường từ của chúng quay theo những hướng đối lập.
Mặc dù antiferromagnets không thể hiện được từ tính rõ ràng, vì spin của các electron và nguyên tử triệt tiêu lẫn nhau, nhưng nhóm nghiên cứu tại MIT đã tìm ra cách vượt qua điều này. Họ đã tổng hợp iodua niken (NiI2) trong phòng thí nghiệm và quan sát hành vi của các electron trong các nguyên tử của nó. Giống như một ferromagnet, các electron trong NiI2 cũng có một hướng spin ưa thích, nhưng cùng lúc đó, cũng có nhiều electron spin theo chiều ngược lại để triệt tiêu từ tính. Tuy nhiên, điều thú vị hơn nữa là các nguyên tử niken hình thành các mô hình xoắn ốc đối xứng với nhau, cho phép điều chỉnh spin của chúng bằng điện áp. Điều này đã khiến một số nguyên tử chuyển đổi từ quay trái sang quay phải và ngược lại, biến vật liệu trở thành một p-wave magnet. Và các electron đã cùng với các nguyên tử có spins được chuyển đổi theo chiều màu điện áp đó.
Đây chính là cách mà spintronics có thể nâng cao khả năng của các chip máy tính. Khi dữ liệu được lưu dưới dạng spin của electron thay vì điện tích của chúng, khả năng lưu trữ sẽ lớn hơn nhiều. Spintronics có thể mang lại cho chúng ta những chip có khả năng lưu trữ thông tin gấp nhiều lần so với bất kỳ thiết bị nào hiện có.
Các kết quả được báo cáo đã tượng trưng cho quan sát đầu tiên về một nam châm không thuận thường có thể chuyển đổi điện. Những phát hiện này mở ra một ranh giới mới để hiện thực hóa việc chuyển đổi điện áp dựa trên sự đối xứng bảo vệ của phân cực spin không tương đối trong một nam châm bù trừ.
Elizabeth Rayne là một nhà viết văn. Các tác phẩm của cô đã xuất hiện trên nhiều trang báo như Popular Mechanics, Ars Technica, SYFY WIRE, Space.com, Live Science, Den of Geek, Forbidden Futures và Collective Tales. Cô sống ngay ngoài thành phố New York cùng với chú vẹt của mình, Lestat. Khi không viết, bạn có thể tìm thấy cô đang vẽ, chơi piano hoặc biến hình.
Chúng ta thường gặp magnetism dạng ferromagnetism, mà bạn có thể hình dung qua những chiếc nam châm trên tủ lạnh. Đây là hiện tượng mô tả cách các kim loại như sắt và niken bị từ hóa trong một trường từ và từ đó bám dính lên những bề mặt nhất định. Bên cạnh đó, còn có các vật liệu paramagnetic, như nhôm, có sức hút yếu và gần như không thể nhận thấy với nam châm. Thậm chí, còn có cả antiferromagnetism - một loại magnetism mà trong đó các nguyên tử hoặc ion từ tính trong một vật liệu sẽ triệt tiêu lẫn nhau nếu chúng ở gần nhau.
Nhưng còn một loại magnetism không thuộc về bất kỳ dạng nào ở trên. Bằng cách kết hợp các đặc tính của vật liệu ferromagnetic và antiferromagnetic, các nhà vật lý tại MIT đã phát minh ra một loại magnetism mới có thể cách mạng hóa các chip nhớ lưu trữ dữ liệu trong laptop và smartphone. Được gọi là "p-wave magnetism", loại magnetism này sử dụng spin của các nguyên tử trong một vật liệu thay vì điện tích của chúng để tạo ra các tính chất từ tính.
Theo một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nature, phát hiện này mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các thiết bị spintronic antiferromagnetic siêu nhanh, tiết kiệm năng lượng và có độ bền cao. Spintronics có vẻ như một thuật ngữ dành cho DJ quay đĩa trên một hành tinh khác - và thực tế là nó cũng khá “khác lạ” - nhưng thực chất, đây là một lĩnh vực khoa học xoay quanh việc điều khiển spin của các nguyên tử trong các vật liệu ferromagnetic và antiferromagnetic.
Các nguyên tử trong ferromagnets được biết đến với khả năng quay theo cùng một hướng, và khi các nguyên tử quay, các electron của chúng cũng sẽ quay theo. Những electron này, quay quanh hạt nhân, tạo ra các trường từ khiến ferromagnets bám dính vào một số kim loại. Ngược lại, các nguyên tử lân cận trong antiferromagnets có spin ngược chiều, nghĩa là các electron tạo ra trường từ của chúng quay theo những hướng đối lập.
Mặc dù antiferromagnets không thể hiện được từ tính rõ ràng, vì spin của các electron và nguyên tử triệt tiêu lẫn nhau, nhưng nhóm nghiên cứu tại MIT đã tìm ra cách vượt qua điều này. Họ đã tổng hợp iodua niken (NiI2) trong phòng thí nghiệm và quan sát hành vi của các electron trong các nguyên tử của nó. Giống như một ferromagnet, các electron trong NiI2 cũng có một hướng spin ưa thích, nhưng cùng lúc đó, cũng có nhiều electron spin theo chiều ngược lại để triệt tiêu từ tính. Tuy nhiên, điều thú vị hơn nữa là các nguyên tử niken hình thành các mô hình xoắn ốc đối xứng với nhau, cho phép điều chỉnh spin của chúng bằng điện áp. Điều này đã khiến một số nguyên tử chuyển đổi từ quay trái sang quay phải và ngược lại, biến vật liệu trở thành một p-wave magnet. Và các electron đã cùng với các nguyên tử có spins được chuyển đổi theo chiều màu điện áp đó.
Đây chính là cách mà spintronics có thể nâng cao khả năng của các chip máy tính. Khi dữ liệu được lưu dưới dạng spin của electron thay vì điện tích của chúng, khả năng lưu trữ sẽ lớn hơn nhiều. Spintronics có thể mang lại cho chúng ta những chip có khả năng lưu trữ thông tin gấp nhiều lần so với bất kỳ thiết bị nào hiện có.
Các kết quả được báo cáo đã tượng trưng cho quan sát đầu tiên về một nam châm không thuận thường có thể chuyển đổi điện. Những phát hiện này mở ra một ranh giới mới để hiện thực hóa việc chuyển đổi điện áp dựa trên sự đối xứng bảo vệ của phân cực spin không tương đối trong một nam châm bù trừ.
Elizabeth Rayne là một nhà viết văn. Các tác phẩm của cô đã xuất hiện trên nhiều trang báo như Popular Mechanics, Ars Technica, SYFY WIRE, Space.com, Live Science, Den of Geek, Forbidden Futures và Collective Tales. Cô sống ngay ngoài thành phố New York cùng với chú vẹt của mình, Lestat. Khi không viết, bạn có thể tìm thấy cô đang vẽ, chơi piano hoặc biến hình.
