Altermagnetisme: Kelas Magnetisme Baru yang Berpotensi Merevolusi Teknologi Memori dan Superkonduktivitas

PARA peneliti memperoleh bukti konklusif pertama tentang kelas ketiga magnetisme yang sulit dipahami, yang disebut altermagnetisme. Temuan mereka, yang diterbitkan pada 11 Desember di jurnal Nature, berpotensi merevolusi desain perangkat memori magnetik berkecepatan tinggi dan menjadi bagian yang hilang dalam pengembangan material superkonduktor yang lebih baik.

"Kami sebelumnya memiliki dua jenis magnetisme yang sudah mapan," ujar Oliver Amin, penulis studi sekaligus peneliti pascadoktoral di University of Nottingham, Inggris, kepada Live Science. 

"Ferromagnetisme, di mana momen magnetik  semuanya mengarah ke arah yang sama. Dan antiferromagnetisme, di mana momen magnetik tetangga saling berlawanan arah — lebih mirip seperti papan catur dengan ubin hitam dan putih yang bergantian."

Spin elektron dalam arus listrik harus mengarah ke salah satu dari dua arah dan dapat sejajar atau berlawanan dengan momen magnetik ini untuk menyimpan atau membawa informasi, yang membentuk dasar perangkat memori magnetik.

Bentuk Baru Magnetisme

Material altermagnetik, yang pertama kali dihipotesiskan tahun 2022, memiliki struktur yang berada di antara ferromagnetisme dan antiferromagnetisme. Setiap momen magnetik individu mengarah berlawanan dengan tetangganya, seperti pada material antiferromagnetik. Namun, setiap unit sedikit terpuntir relatif terhadap atom magnetik yang berdekatan, menghasilkan beberapa sifat mirip ferromagnetik.

Oleh karena itu, altermagnetik menggabungkan sifat terbaik dari material ferromagnetik dan antiferromagnetik. "Keuntungan dari ferromagnet adalah kita memiliki cara yang mudah untuk membaca dan menulis memori menggunakan domain atas atau bawah ini," ujar Alfred Dal Din, salah satu penulis studi dan mahasiswa doktoral di University of Nottingham. "Namun, karena material ini memiliki magnetisme bersih, informasi di dalamnya mudah hilang jika terkena magnet."

Sebaliknya, material antiferromagnetik jauh lebih sulit dimanipulasi untuk penyimpanan informasi. Namun, karena memiliki magnetisme nol bersih, informasi dalam material ini jauh lebih aman dan lebih cepat ditransfer. 

"Altermagnetik memiliki kecepatan dan ketahanan seperti antiferromagnetik, tetapi juga memiliki properti penting dari ferromagnetik yang disebut time reversal symmetry breaking," tambah Dal Din.

Properti ini mempelajari simetri objek yang bergerak maju dan mundur dalam waktu. "Sebagai contoh, partikel gas bergerak bebas, bertabrakan secara acak, dan memenuhi ruang," kata Amin. "Jika waktu diputar mundur, perilaku tersebut tidak terlihat berbeda." Ini berarti simetri dipertahankan.

Namun, karena elektron memiliki spin kuantum dan momen magnetik, memutar waktu akan membalik spin elektron, sehingga simetri tersebut rusak. "Jika Anda melihat dua sistem elektron ini — satu dengan waktu bergerak normal dan satu dengan waktu mundur — keduanya akan terlihat berbeda, sehingga simetri rusak," jelas Amin. "Hal ini memungkinkan fenomena listrik tertentu untuk ada."

Menemukan 'Kepingan yang Hilang' dalam Superkonduktivitas

Tim yang dipimpin Peter Wadley, seorang profesor fisika di University of Nottingham, menggunakan teknik bernama photoemission electron microscopy untuk memetakan struktur dan sifat magnetik mangan tellurida, material yang sebelumnya dianggap antiferromagnetik.

"Aspek berbeda dari magnetisme akan terlihat tergantung pada polarisasi sinar-X yang kami pilih," kata Amin. Cahaya dengan polarisasi melingkar mengungkap domain magnetik yang berbeda yang dihasilkan oleh time reversal symmetry breaking, sementara sinar-X dengan polarisasi horizontal atau vertikal memungkinkan tim untuk mengukur arah momen magnetik di seluruh material. 

Dengan menggabungkan hasil dari kedua eksperimen ini, para peneliti menciptakan peta pertama dari domain magnetik dan struktur dalam material altermagnetik.

Setelah membuktikan konsep ini, tim tersebut membuat serangkaian perangkat altermagnetik dengan memanipulasi struktur magnetik internal melalui teknik siklus termal terkontrol.

"Kami mampu membentuk tekstur pusaran eksotis dalam perangkat berbentuk heksagonal dan segitiga," jelas Amin. "Pusaran ini semakin mendapat perhatian dalam spintronik sebagai pembawa informasi potensial, jadi ini adalah contoh pertama yang bagus tentang cara menciptakan perangkat praktis."

Para penulis studi mengatakan kemampuan untuk memetakan dan mengendalikan bentuk baru magnetisme ini dapat merevolusi desain perangkat memori generasi berikutnya, dengan kecepatan operasional yang lebih tinggi, ketahanan yang lebih baik, dan kemudahan penggunaan yang meningkat.

"Altermagnetisme juga akan membantu dalam pengembangan superkonduktivitas," kata Dal Din. "Sudah lama ada celah dalam simetri antara kedua bidang ini, dan kelas material magnetik yang sulit dipahami hingga sekarang ternyata menjadi kepingan yang hilang dalam teka-teki ini." (Live Science/Z-3)