Udowodniono teorię magnetycznej pamięci w materiałach dwuwymiarowych – teraz oczekujemy wzrostu pojemności dysków HDD.

Nowy eksperymentalny próg: pełny cykl egzotycznych faz magnetycznych odkryty w atomowo cienkim materiale

Fizykowie z Uniwersytetu Teksasu w Austin po raz pierwszy zaobserwowali całkowicie sekwencyjną ewolucję dwóch unikalnych stanów magnetycznych, które wcześniej istniały tylko jako oddzielne fazy. Eksperyment umożliwił stworzenie stabilnych „magnetycznych wysp” o rozmiarze zaledwie kilku nanometrów – krok w stronę przyszłych supergęstych magazynów danych.

Co zostało odkryte?
1. Faza BKT (Berezinskii-Kosterlitz-Thouless)

Przy schładzaniu do temperatur od -150 °C do -130 °C atomowo cienki dwuwymiarowy materiał przechodzi w stan BKT. W tym stanie momenty magnetyczne tworzą pary powiązanych wirów, obracających się w przeciwnych kierunkach. Każdy wir jest ograniczony rozmiarem kilku nanometrów.

2. Szóstostanowa „strefa zegarowa”

Przy dalszym obniżaniu temperatur materiał przechodzi do drugiej fazy – uporządkowanej szóstostanowej (six‑state clock) fazy. Moment magnetyczny przyjmuje jedną z sześciu możliwych orientacji, przypominających strzałki wskazówek zegara. Te stany są stabilne i długotrwałe, co czyni je potencjalnie użytecznymi do zapisu informacji.

Te dwie fazy – poprzedzające się nawzajem – wcześniej były obserwowane osobno, ale pełny cykl jeszcze nikt nie replikował.

Materiał i metody
Eksperyment przeprowadzono na kryształku trisulfidu niklowo-fosforu (NiPS₃). Wyniki zostały potwierdzone zarówno teoretycznie, jak i eksperymentalnie przy użyciu nieliniowej optycznej mikropolarimetracji.

Znaczenie naukowe
- Potwierdzają fundamentalne modele dwuwymiarowego magnetyzmu i fizyki topologicznej.
- Wkład radzieckiego uczonego Wadiama Berezinskiego, twórcy przejścia BKT, jest potwierdzony danymi praktycznymi. Za rozwój tej teorii Nagroda Nobla 2016 r. została przyznana Kosterlitzowi i Taulesowi.
- Demonstracja stabilnych nanometrycznych wirów magnetycznych w czysto dwuwymiarowym systemie otwiera nowe możliwości kontroli magnetyzmu na poziomie atomowym.

Perspektywy
Naukowcy planują szukać materiałów, w których te egzotyczne fazy ustabilizują się przy wyższych temperaturach – bliżej pokojowych. Może to prowadzić do stworzenia superkompaktowych magnetycznych nanorządzeń, przełomów w spintronice i nowych technologii przechowywania danych.