Dos regiones con dominios antiferromagnéticos quirales opuestos (gris / negro) en el antiferromagnet quiral Mn3Sn. Un rayo incidente de luz polarizada linealmente en la región gris (negra) experimenta una rotación anormalmente grande en sentido antihorario (en el sentido de las agujas del reloj) de su polarización lineal debido al efecto Kerr magnetoóptico. Estos son iguales pero opuesto, cambios en la polarización óptica que se pueden detectar para “visualizar” la orientación del dominio antiferromagnético en Mn3Sn. Los ejes de coordenadas representan la orientación del cristal hexagonal de Mn3Sn con momentos magnéticos de giro de Mn que forman octopolos magnéticos con un triángulo en sentido antihorario en el plano basal hexagonal 0001. Crédito:Instituto Nacional de Estándares y Tecnología
Los antiferromagnetos han generado un interés significativo para las futuras tecnologías informáticas debido a su rápida dinámica, su capacidad para generar y detectar corrientes eléctricas con polarización de espín, y su robustez frente a campos magnéticos externos. A pesar de estas brillantes perspectivas, la desaparición de la magnetización total en los antiferromagnetos dificulta la evaluación de su estructura magnética interna en comparación con sus contrapartes ferromagnéticas.
La comprensión limitada de la estructura magnética interna de los materiales y dispositivos antiferromagnéticos es un obstáculo importante para manipular y utilizar de manera eficiente las variaciones en su estado magnético. En un trabajo que arroja luz sobre un nuevo conjunto de materiales antiferromagnéticos, un equipo de investigación internacional dirigido por investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), el Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos, la Universidad Johns Hopkins, el Instituto de Física del Estado Sólido (ISSP), y la Universidad de Tokio han identificado un antiferromagnet metálico (Mn 3 Sn) que exhibe un gran efecto Kerr magnetoóptico espontáneo (MOKE), a pesar de una magnetización total que desaparece a temperatura ambiente. Un antiferromagnet metálico con un gran MOKE espontáneo promete ser una herramienta vital para futuros dispositivos de memoria antiferromagnética. donde el estado del dispositivo podría leerse ópticamente y conmutarse ópticamente o con una corriente eléctrica con polarización de espín.
El efecto Kerr magneto-óptico sondea la proyección de magnetización local en el vector de onda de un haz de luz entrante. En la mayoría de los materiales antiferromagnéticos, las direcciones de giro mutuamente opuestas conducen a una cancelación de este efecto, y por lo tanto se cree que MOKE es inútil para el estudio de antiferromagnetos. Como han demostrado los científicos del equipo internacional, sin embargo, el metal antiferromagnético Mn 3 Sn exhibe un MOKE grande con un ángulo de rotación MOKE de 20 mili-grados con un campo magnético cero, a pesar de su magnetización casi nula, que de hecho es comparable a los metales ferromagnéticos.
Un orden simple de un antiferromagnet es colineal, en el que los espines vecinos dentro de un dominio antiferromagnético tienen sus espines alineados en antiparalelo, en el que la flecha de un giro apunta hacia arriba mientras que el giro adyacente apunta hacia abajo. Minnesota 3 Sn exhibe un orden de giro quiral inusual, en el que cada espín gira 120 grados en sentido antihorario con respecto a su vecino en conjuntos de tres espines centrados en los vértices de un triángulo equilátero formado por átomos de Mn de Mn 3 Sn cristal. Si bien hay cero magnetización neta en los sistemas de giro de 120 grados colineales y no colineales, lo mismo que el momento dipolar cero, un emergente, El momento octupolar que no desaparece está presente en el sistema de espín de Mn 3 Sn. Este momento octupolar interactúa con la luz de la misma forma que un ferromaimán y da lugar al gran MOKE en Mn. 3 Sn.
El equipo de investigación internacional, incluidos los científicos del NIST Daniel Gopman y Robert Shull, y los investigadores de U. Tokyo Tomoya Higo y Satoru Nakatsuji, reportar sus hallazgos en el 26 de enero, 2018 número de Fotónica de la naturaleza .
El MOKE en Mn 3 Sn permite la obtención de imágenes en tiempo real de dominios magnéticos. Utilizando microscopía MOKE, los investigadores demuestran por primera vez el proceso de inversión de dominio en Mn 3 Sn. Este hallazgo indica que el efecto Kerr observado puede ser útil no solo para el estudio de la dinámica de los dominios antiferromagnéticos, sino también para leer de forma remota la información almacenada magnéticamente en el antiferromagnet. Las investigaciones en curso buscan desarrollar las condiciones de procesamiento para producir Mn de película delgada y nanoescala. 3 Sn con las ventajosas propiedades magnéticas que se encuentran en los monocristales a granel.
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de NIST. Lea la historia original aquí.
