Dimensi baru dalam magnetisme dan superkonduktivitas diluncurkan

Dimensi baru dalam magnetisme dan superkonduktivitas telah diperkenalkan


Sebuah tim ilmuwan internasional dari Austria dan Jerman telah meluncurkan paradigma baru dalam magnetisme dan superkonduktivitas yang menempatkan efek kelengkungan, topologi, dan geometri tiag dimensi menjadi sorotan penelitian dekade berikutnya. Secara klasik, bidang utama, di mana kelengkungan memainkan peran penting yaitu teori relativitas umum. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, dampak geometri lengkung memasuki berbagai disiplin ilmu, mulai dari fisika solid-state di atas fisika materi lunak hingga kimia dan biologi, sehingga memunculkan sejumlah besar domain seperti biologi sel lengkung, semikonduktor, superfluiditas, optik, plasmonik, dan material van der Waals dua dimensi. Dalam magnetisme modern, superkonduktivitas dan spintronics, memperluas struktur nano ke dimensi ketiga telah dijadikan sebagai penelitian utama karena fenomena yang diinduksi geometri, kelengkungan, dan topologi. Pendekatan ini menyediakan sarana untuk meningkatkan konvensional dan meluncurkan fungsionalitas baru dengan menyesuaikan kelengkungan dan bentuk tiga dimensi. 


Menurut Oleksandr Dobrovolskiy, kepala Lab Super Spin di Universitas Wina, Dalam beberapa tahun terakhir, telah muncul karya eksperimental dan teoretis yang berhubungan dengan superkonduktor lengkung dan tiga dimensi dan arsitektur nano (anti) ferromagnetik. Namun, studi ini berasal dari komunitas ilmiah yang berbeda yang mengakibatkan kurangnya transfer pengetahuan antara fundamental tersebut. bidang fisika benda terkondensasi sebagai magnet dan superkonduktivitas. Dalam penelitian ini, kami memimpin proyek di kedua bidang dan itu adalah tujuan dari artikel perspektif kami untuk membangun "jembatan" antara komunitas magnet dan superkonduktivitas, dan menarik perhatian pada aspek konseptual tentang bagaimana memperluas struktur ke dimensi ketiga dan geometri lengkung dapat memodifikasi yang ada dan membantu meluncurkan fungsionalitas baru pada sistem solid-state. 

Menurut Denys Makarov sebagai kepala departemen, dalam bahan magnetik, simetri geometris yang rusak menyediakan kotak peralatan baru untuk menyesuaikan anisotropi dan respons kiral yang diinduksi kelengkungan. Bahan dan Sistem Cerdas ini berada di Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Kemungkinan untuk menyesuaikan respons magnetik dengan merancang geometri kawat atau film tipis magnetik, adalah salah satu keuntungan utama magnetisme lengkung, yang memiliki dampak besar pada fisika, ilmu material, dan teknologi. Saat ini, di bawah naungannya, bidang dasar magnetisme lengkung meliputi fero dan antiferromagnetisme lengkung, magnonik lengkung, dan spintronik lengkung. 

Oleksandr Dobrovolskiy berpendapat Perbedaan utama dalam dampak geometri lengkung pada superkonduktor dibandingkan dengan (anti-)ferromagnet terletak pada sifat dasar dari parameter urutan, yaitu berbeda dengan bahan magnetik, yang fungsi energinya mengandung turunan spasial dari medan vektor, deskripsi superkonduktor juga bergantung pada analisis fungsi energi yang mengandung turunan spasial dari medan skalar. Sedangkan dalam magnet parameter orde adalah magnetisasi (vektor), untuk keadaan superkonduktor, nilai absolut dari parameter orde memiliki arti fisik dari celah energi superkonduktor (skalar). Di masa depan, perluasan struktur hibrid (anti-)ferromagnet/superkonduktor ke tiga dimensi akan memungkinkan penyelidikan interaksi antara efek kelengkungan dalam sistem yang memiliki parameter urutan vektor dan skalar. Namun, kemajuan ini sangat bergantung pada pengembangan metode eksperimental dan teoritis dan peningkatan kemampuan komputasi. 

Tantangan untuk penyelidikan nanomagnet dan superkonduktor lengkung dan tiga dimensi pada umumnya, efek kelengkungan dan torsi diharapkan ketika ukuran atau fitur sistem menjadi sebanding dengan skala pada panjang masing-masing. Di antara berbagai teknik fabrikasi nano, penulisan arsitektur nano tiga dimensi berbentuk kompleks dengan balok partikel terfokus untuk menunjukkan kemajuan paling signifikan dalam beberapa tahun terakhir, dengan mengubah metode ini menjadi teknik pilihan dalam studi dasar dan berorientasi aplikasi dalam nanomagnetisme tiga dimensi dan superkonduktivitas. Namun, mendekati skala panjang yang relevan dalam kisaran nm yang rendah (panjang pertukaran dalam feromagnet dan panjang koherensi superkonduktor dalam superkonduktor nanoprinted) masih di luar jangkauan kemampuan eksperimental saat ini. Pada saat yang sama, teknik canggih untuk karakterisasi konfigurasi magnetik dan dinamikanya dalam struktur nano berbentuk kompleks menjadi tersedia, termasuk nanotomografi vektor sinar-X dan pencitraan tiga dimensi dengan laminografi sinar-X lunak. Studi serupa tentang superkonduktor lebih rumit karena memerlukan kondisi kriogenik, menarik untuk pengembangan teknik seperti itu di tahun-tahun mendatang. 

Referensi

Denys Makarov, Oleksii M. Volkov, Attila Kákay, Oleksandr V. Pylypovskyi, Barbora Budinská, Oleksandr V. Dobrovolskiy. New Dimension in Magnetism and Superconductivity: 3D and Curvilinear Nanoarchitectures. Advanced Materials, 2021; 2101758 DOI: 10.1002/adma.202101758



Lebih baru Lebih lama