Благодаря почти полному подавлению магнитных полей этот материал позволяет избежать паразитных полей, которые ограничивают масштабирование устройств в современных электронных системах.
В современных электронных компонентах информация в основном передается с помощью электрического заряда. В спинтронике, напротив, информация передается с помощью спина электронов, что в принципе позволяет создавать более быстрые компоненты и значительно снизить энергопотребление. Одной из основных проблем, над которой работали исследователи, была необходимость в магнитных материалах, которые не оказывали бы негативного влияния на окружающую среду.
В основе этой работы лежит использование редкого материала — компенсированного ферромагнетика.
Новый материал представляет собой металлоорганическую сеть, в которой металлические центры соединены органическими молекулами. Такая молекулярная структура позволяет создавать и регулировать свойства материала с помощью химических веществ. Этот подход отличается от использования металлических сплавов и оксидов, которые в настоящее время доминируют в магнитной электронике.
Если говорить точнее, материал состоит из атомов хрома, связанных органической молекулой пиразином, которая хорошо подходит для соединения атомов металлов. В данном случае пиразин выступает в роли радикала с одним неспаренным электроном, что позволяет ему напрямую влиять на магнетизм материала.
Особенность пиразолина в том, что он существует в виде радикала, то есть содержит неспаренный электрон. Этот электрон не просто находится в молекуле, он активно влияет на магнитные свойства всей структуры. Тщательно подобрав расположение атомов хрома и пиразолина, ученые создали систему, в которой противоположные магнитные моменты почти полностью компенсируют друг друга на внешней стороне, но при этом сохраняют устойчивость внутри.
«Теперь у нас есть материал с очень упорядоченной магнитной структурой, но без магнитного поля, которое обычно создает проблемы в электронике», — сказал Каспер Стин Педерсен, один из исследователей и профессор Технического университета Дании.
Чтобы проверить эту сложную систему, исследователи использовали мощные экспериментальные инструменты, в том числе нейтронное рассеяние и синхротронное излучение, которые позволяют исследовать магнитные структуры на атомном уровне. Эти измерения показали, что почти идеальная компенсация — это не временный эффект. Она остается стабильной в широком диапазоне температур и, что немаловажно, сохраняется даже при температурах значительно выше комнатной. Именно эта стабильность отличает этот материал от его предшественников.