Физики из Университета Антверпена разработали революционный метод, позволяющий точно определять источники магнетизма в материалах на атомном уровне. Их открытие, опубликованное в Physical Review Letters, может ускорить создание новых технологий в спинтронике, квантовых вычислениях и энергоэффективной электронике.
Магнетизм возникает благодаря квантовым свойствам электронов — их спину и орбитальному моменту. В таких материалах, как железо, никель и хром, неспаренные электроны в d- и f-орбиталях создают магнитные моменты. Однако до сих пор оставалось загадкой, как именно эти электроны взаимодействуют между собой, формируя разные типы магнитного порядка.
Исследователи из группы COMMIT разработали методику Successive-Hopping Inclusion Method (SHIM), которая впервые позволила проследить все электронные вклады в магнитные взаимодействия. Они применили этот подход к двумерным материалам — трийодиду хрома (CrI₃) и дийодиду никеля (NiI₂) — и смогли определить, какие атомы и орбитали отвечают за магнитные свойства.
"Теперь мы можем точно сказать, какие электронные пути и орбитали управляют магнетизмом и в какой степени", — объясняет ведущий автор исследования Денис Шабани.
Метод SHIM позволит предсказывать, будет ли материал ферромагнетиком, антиферромагнетиком или альтермагнетиком, а также как его свойства изменятся под действием электрического поля, механического напряжения или комбинации с другими материалами.
"Это прорыв от простого наблюдения магнетизма к его полному пониманию и контролю", — говорит руководитель проекта профессор Милорад Милошевич.
Открытие открывает путь к созданию материалов с заданными магнитными свойствами для устройств следующего поколения, включая квантовые компьютеры и энергонезависимую память.