Os antiferromagnetos geraram um interesse significativo para futuras tecnologias de computação devido à sua dinâmica rápida, sua capacidade de gerar e detectar correntes elétricas polarizadas por spin, e sua robustez contra campos magnéticos externos. Apesar dessas perspectivas brilhantes, o desaparecimento da magnetização total em antiferromagnetos torna difícil avaliar sua estrutura magnética interna em comparação com suas contrapartes ferromagnéticas.

A compreensão limitada da estrutura magnética interna de materiais e dispositivos antiferromagnéticos é um grande obstáculo para a manipulação e utilização eficiente de variações em seu estado magnético. Em um trabalho que lança luz sobre um novo conjunto de materiais antiferromagnéticos, uma equipe de pesquisa internacional liderada por pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), o Laboratório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos, a Universidade Johns Hopkins, o Instituto de Física do Estado Sólido (ISSP), e a Universidade de Tóquio identificaram um antiferroímã metálico (Mn ₃ Sn) que exibe um grande efeito Kerr magneto-óptico espontâneo (MOKE), apesar do desaparecimento da magnetização total à temperatura ambiente. Um antiferromagnético metálico com um grande MOKE espontâneo promete ser uma ferramenta vital para futuros dispositivos de memória antiferromagnética, onde o estado do dispositivo pode ser lido opticamente e alternado opticamente ou com uma corrente elétrica polarizada por spin.

O efeito Kerr magneto-óptico testa a projeção da magnetização local no vetor de ondas de um feixe de luz que entra. Na maioria dos materiais antiferromagnéticos, as direções de rotação mutuamente opostas levam ao cancelamento desse efeito, e, portanto, acredita-se que o MOKE é inútil para o estudo de antiferromagnetos. Como os cientistas da equipe internacional demonstraram, Contudo, o metal antiferromagnético Mn ₃ Sn exibe um grande MOKE com um ângulo de rotação MOKE de 20 mili-graus em campo magnético zero, apesar de sua magnetização quase zero, que é de fato comparável aos metais ferromagnéticos.

Uma ordenação simples de um antiferroímã é colinear, em que spins vizinhos dentro de um domínio antiferromagnético têm seus spins alinhados anti-paralelos, em que a seta de um spin está apontando para cima enquanto o spin adjacente aponta para baixo. Mn ₃ Sn exibe uma ordem de rotação quiral incomum, em que cada spin é girado 120 graus no sentido anti-horário em relação ao seu vizinho em conjuntos de três spins centrados nos vértices de um triângulo equilátero formado por átomos Mn do Mn ₃ Cristal Sn. Embora haja magnetização líquida zero em ambos os sistemas colineares e não colineares de spin de 120 graus - o mesmo que o momento de dipolo zero - um emergente, momento de octupolo não desaparecendo está presente no sistema de spin de Mn ₃ Sn. Este momento octupolo interage com a luz da mesma maneira que um ferromagneto e dá origem ao grande MOKE em Mn ₃ Sn.

A equipe de pesquisa internacional, incluindo os cientistas do NIST Daniel Gopman e Robert Shull, e os pesquisadores dos EUA de Tóquio, Tomoya Higo e Satoru Nakatsuji, relatar suas descobertas em 26 de janeiro, Edição de 2018 de Nature Photonics .

O MOKE em Mn ₃ Sn permite imagens em tempo real de domínios magnéticos. Usando a microscopia MOKE, os pesquisadores demonstram pela primeira vez o processo de reversão de domínio em Mn ₃ Sn. Esta descoberta indica que o efeito Kerr observado pode muito bem ser útil não só para o estudo da dinâmica de domínios antiferromagnéticos, mas também para ler remotamente as informações magneticamente armazenadas no antiferromagnético. Investigações em andamento buscam desenvolver as condições de processamento para a produção de filmes finos e em nanoescala Mn. ₃ Sn com as propriedades magnéticas vantajosas descobertas em cristais individuais a granel.

Esta história foi republicada por cortesia do NIST. Leia a história original aqui.