„Altermagnetizmas atveria duris į naują technologijų erą, kurioje greitis, patikimumas ir taupumas pakils į dar nematytą lygį. Šis atradimas gali padėti išspręsti daugelį šiuolaikinės elektronikos ribotumų, tokių kaip didelės energijos sąnaudos ir netikėtas duomenų praradimas. Be to, jis turėtų prisidėti ne tik prie našesnių ir patikimesnių įrenginių kūrimo, bet ir prie mažesnio jų poveikio aplinkai“, – teigia „Telia“ išmaniųjų įrenginių ekspertas Marijonas Baltušis.
Magnetas ir nemagnetas tuo pačiu metu
Nemažai mūsų naudojamos elektronikos komponentų naudoja įprastu magnetizmu (feromagnetizmu) pasižyminčias medžiagas, tokias kaip geležis, nikelis ar kobaltas. Jas sudaro mažos sritys, vadinamos domenais, kuriose aplink medžiagos atomų branduolius elektronai sukasi vienoda kryptimi. Domenų kryptys visoje medžiagoje paprastai būna atsitiktinės, todėl bendra magnetinė trauka nebūna stipri.
Tačiau kai šios medžiagos atsiduria išoriniame magnetiniame lauke, jų domenai persitvarko ir išsirikiuoja viena kryptimi, sudarydami stiprų bendrą magnetinį lauką. Būtent dėl šio efekto artinant dekoratyvinį magnetuką prie metalinių šaldytuvo durelių, jis prilimpa ir išsilaiko savo vietoje.
Tuo metu praėjusią savaitę „Nature“ žurnale Jungtinės Karalystės Notingamo universiteto mokslininkų paskelbtas straipsnis pristato visiškai naują altermagnetizmo reiškinį, kuris leidžia medžiagoms pasižymėti magnetinėmis savybėmis, nesukuriant bendro magnetinio lauko. Tai įmanoma dėl unikalaus elektronų sukimosi pobūdžio: priešingai nei feromagnetuose, čia elektronai sukasi priešingomis kryptimis, tačiau jų išsidėstymas yra tvarkingas ir simetriškas.
„Šią tvarką galima palyginti su orkestru, kur muzikantai groja priešingas natas, bet jų muzika sukuria harmoningą rezultatą. Panašiai altermagnetinėse medžiagose elgiasi ir elektronai – nors ir sukasi priešingai, jie kuria subtilius magnetinius srautus. Be to, šie srautai gali būti valdomi itin tiksliai, todėl altermagnetinės medžiagos gali būti sėkmingai pritaikomos duomenų saugojimui ir apdorojimui elektronikos komponentuose“, – aiškina M. Baltušis.
Postūmis spintronikos pradžiai
Elektronikos įrenginių lustai pastaraisiais metais tobulėjo sunkiai suvokiamu greičiu. Dar 2014 m. „iPhone“ procesoriaus tranzistoriai buvo 22 nanometrų (nm) dydžio, o šiųmetis „iPhone 16“ jau gali pasigirti 3 nm architektūra. Tai leido pasiekti įspūdingą, net dešimt kartų siekiantį spartos prieaugį, tačiau šiomis dienomis pramonė jau artėja prie fizinių ir medžiaginių tobulėjimo „lubų“. Ši riba gali būti peržengta tik naudojant visiškai naują požiūrį – spintroniką, kurios pagrindą sudaro neseniai atrastas altermagnetizmas.
„Kitaip nei dabartinėje elektronikoje, spintronikoje informacija koduojama ne krūviu ir srovės judėjimu, o elektronų sukinio būsena. Tai atveria galimybę pasiekti tetrahercų (THz) dažnius – net tūkstantį kartų didesnį skaičiavimo pajėgumą, nei geba pasiekti dabartiniai procesoriai. Šie greičio šuoliai būtų neįmanomi dabartinėje elektronikoje, nes puslaidininkių medžiagos paprasčiausiai neatlaikytų milžiniškų krūvio didinimo apimčių ir dėl to gali veikti tik gigahercų (GHz) diapazone“ – aiškina M. Baltušis.
Galbūt toks milžiniškas spartos prieaugis neatrodo būtinas iš paparasto vartotojo pusės, bet jis galėtų tapti raktu į dar „protingesnį“ dirbtinį intelektą (DI). DI treniravimui panaudojus spintronikos pricinpu veikiančius kvantinius
superkompiuterius, jis per daug trumpesnį laiką galėtų atlikti pačias sudėtingesnes užduotis, pradedant naujų vaistų kūrimu ir baigiant klimato kaitos modeliavimu ar jos nulemtų stichinių nelaimių prognozavimu.
Kelias savaites veikianti baterija ir draugiškumas aplinkai
Tarp kitų spintronikos ir altermagnetizmo privalumų išryškėja jų gebėjimas ženkliai sumažinti energijos sąnaudas. Šiuolaikinė elektronika, paremta krūvio valdymu, sunaudoja daug energijos, nes didelė jos dalis, keliaudamas elektros grandinėmis, prarandama kaip šiluma. Tuo metu spintronika, valdydama elektronų sukinį, o ne keisdama krūvį, beveik visiškai eliminuoja šilumos nuostolius, todėl įrenginiai tampa kur kas efektyvesni ir atsparūs perkaitimui.
Altermagnetines medžiagas naudojančių prietaisų priklausomybę nuo įkrovos taip pat mažina tai, kad magnetinė būsena išlaikoma nenaudojant elektros. Energija čia reikalinga tik duomenų įrašymui arba nuskaitymui, ko negalima pasakyti apie nuolatinio maitinimo reikalaujančius kompiuterių ar išmaniųjų telefonų operatyviosios atminties (RAM) diskus. Be to, ši altermagnetinių medžiagų savybė gali pasitarnauti kitu netikėtu būdu – staiga dingus elektrai, kompiuteryje rengiamas ir kietajame diske išsaugoti pamirštas dokumentas nebūtų prarastas.
„Įvairių šaltinių skaičiavimais, altermagnetizmu paremti išmanieji telefonai be įkrovimo galėtų tarnauti net keletą savaičių. Dėl to kur kas lėčiau dėvėtųsi jų baterijos, o pridėjus dar ir smarkiai išaugusią jų spartą – mažėtų būtinybė juos taip dažnai atnaujinti. Taip trauktųsi tiek elektronikos atliekų kiekis, tiek vertingųjų iškasenų eikvojimas. O altermagnetizmą pritaikius duomenų centrams ir kitiems prietaisams, dar ir sumažėtų poreikis energijai, kurios gamyba yra vienas pagrindinių šiltnamio efektą sukeliančių dujų šaltinių,“ – pabrėžia M. Baltušis.
Spintronikos ir altermagnetizmo pritaikymo masinės gamybos technikoje dar teks palūkėti. Kol kas altermagnetizmas buvo stebėtas tik naudojant mangano telūridą, o ši medžiaga dėl įvairių kitų savo savybių nėra tinkama pramonei. Mokslininkai intensyviai dirba ieškodami alternatyvių altermagnetinių medžiagų, kurios ne tik pasižymėtų reikiamomis savybėmis, bet ir būtų pritaikomos masinėje gamyboje bei ekonomiškai naudingos. Nepaisant šių iššūkių, altermagnetizmo potencialas transformuoti elektronikos pramonę yra labai didelis.
