Теорията за магнитна памет в двуизмерни материали беше доказана чрез експеримент – възможен пробив в капацитета на HDD?

Физици от Тексаския университет в Остин за първи път експериментално наблюдаваха пълна последователност от екзотични магнитни фази в атомарно тънък (еднослоен) магнитен материал. Експериментът им е позволил да създадат стабилни острови на магнетизация с размер едва няколко нанометра, което обещава в бъдеще да доведе до създаването на устройства за съхранение с много по-голям капацитет, отколкото например предлагат днешните твърди дискове.

Теорията предполага, че по време на процеса на охлаждане атомно тънкият двуизмерен материал преминава последователно през две фази. Всяка от фазите поотделно вече е наблюдавана от учените, но все още никой не е възпроизвел пълния цикъл. Така, когато материалът се охлажда до температури от -150 до -130°C възниква фазата на Березински-Костерлиц-Таулс (BKT), в която магнитните моменти на атомите образуват стабилни вихрови структури – двойки свързани вихри, усукани в противоположни посоки и ограничени от обема на двуизмерния материал. Диаметърът на всеки вихър не надвишава няколко нанометра.

При по-нататъшно охлаждане материалът преминава във втора ясно изразена магнитна фаза, наречена six-state clock phase, в която магнитните моменти заемат една от шестте възможни ориентации върху равнината, подчинена на симетрията. В известен смисъл това прилича на числата върху циферблата на часовника, откъдето идва и името на тази фаза. Тези състояния са стабилни и дълготрайни, което осигурява основата за използване на технологията за записване на информация. Ефектът е постигнат в кристал на никел-фосфорен трисулфид (NiPS₃).

Откритието потвърждава фундаментални модели на двумерния магнетизъм и топологичната физика, включително приноса на съветския физик Вадим Березински, чиито идеи са в основата на прехода BKT (Костерлиц и Таулес са удостоени с Нобелова награда за 2016 година за разработването на тази теория).

Значението на работата се състои в демонстрацията на изключително стабилни наноразмерни магнитни вихри в чисто двуизмерна система, което открива нови начини за контрол на магнетизма на атомно ниво. В бъдеще учените планират да открият материали, в които подобни фази се стабилизират при по-високи температури (по-близки до стайната температура), което може да доведе до създаването на свръхкомпактни магнитни наноустройства, пробив в спинтрониката и създаването на други технологии.