- Fisikawan asal Ceko Libor Šmejkal secara teoretis memprediksi bentuk magnetisme baru (altermagnetism) dengan inspirasi dari karya seni
- Sebelumnya hanya dikenal dua jenis magnetisme, yaitu feromagnetisme (ferromagnetism) dan antiferomagnetisme (antiferromagnetism), tetapi kini altermagnet sebagai bentuk magnetisme ketiga telah dikonfirmasi secara eksperimental
- Altermagnet memiliki medan magnet total nol, tetapi dapat menginduksi spin-splitting elektron, sehingga berpotensi mengatasi keterbatasan teknologi spintronics
- Fenomena altermagnetik telah dibuktikan secara eksperimen pada manganese telluride (MnTe), ruthenium dioxide, dan lainnya, serta lebih dari 200 material kandidat telah diajukan secara teoretis
- Tim peneliti juga memprediksi secara teoretis bentuk magnetisme keempat bernama antialtermagnetic, yang semakin memperluas dunia magnetisme
Sejarah dan perkembangan magnetisme
- Magnetisme telah dikenal sejak Yunani kuno dan kini digunakan dalam teknologi inti seperti generator, smartphone, dan pemindai rumah sakit
- Konsep klasik magnetisme terdiri dari dua jenis: feromagnetisme (struktur yang membentuk gaya magnet karena semua spin searah) dan antiferomagnetisme (struktur tanpa magnetisme tampak karena arah spin saling meniadakan)
- Pada 2022, Šmejkal menyoroti fenomena yang tidak dapat dijelaskan oleh model ini dan merumuskan secara teoretis keadaan ‘altermagnetik’
Gagasan Šmejkal dan simetri Escher
- Ia menafsirkan ulang simetri magnetik dengan terinspirasi dari pola simetri berulang yang terlihat dalam karya Horseman oleh M.C. Escher
- Mirip dengan antiferomagnet konvensional, spin berganti arah secara bergantian, tetapi muncul momen magnetik dengan arah yang diputar 90 derajat, yang pada akhirnya menimbulkan fenomena spin-splitting
- Karena itu, pemisahan spin elektron dua arah menjadi mungkin bahkan dalam struktur yang secara tradisional dianggap tidak memungkinkan
Pembuktian eksperimental altermagnet
- Pada 2024, tim Juraj Krempaský dari institut riset PSI di Swiss mengamati fenomena altermagnet pada manganese telluride (MnTe)
- Hasil pelacakan pergerakan elektron menunjukkan kesesuaian tinggi dengan teori Šmejkal
- Setelah itu, kemungkinan altermagnet juga dikonfirmasi pada ruthenium dioxide dan material lainnya
Potensi spintronics dan altermagnet
- Spintronics adalah teknologi generasi berikutnya yang menyimpan dan memproses informasi dengan memanfaatkan spin elektron
- Sebelumnya, hanya feromagnet yang dapat menyediakan spin-splitting, sehingga ada batasan dalam miniaturisasi dan integrasi
- Altermagnet memiliki sifat ideal seperti magnetisasi nol tetapi tetap memungkinkan spin-splitting, tanpa interferensi, hemat daya, dan berpotensi mudah dikecilkan
Pengembangan material baru dan kemungkinan komersialisasi
- Keadaan altermagnet dapat diinduksi pada antiferomagnet yang sudah ada dengan memberi compressive strain, atau dengan mengganggu simetri melalui sandwich structure dari material heterogen
- Contoh: rhenium dioxide yang diberi tekanan, serta antiferomagnet berlapis yang dibuat dalam struktur multilapis
- Namun, pendekatan artifisial semacam ini mungkin kurang praktis, sehingga pencarian material alami yang memiliki sifat altermagnetik dinilai menjanjikan
- Tim Šmejkal telah menurunkan secara teoretis lebih dari 200 material kandidat
Langkah berikutnya menuju komersialisasi
- Tim peneliti Oliver Amin menunjukkan bahwa struktur magnetik MnTe dapat dikendalikan melalui pemanasan dan pendinginan
- Hal ini dinilai sebagai tahap awal menuju implementasi material praktis untuk spintronics
- MnTe adalah material yang telah diteliti selama lebih dari 20 tahun, sehingga menguntungkan untuk sintesis kemurnian tinggi dan eksperimen
Bentuk magnetisme keempat: antialtermagnetism
- Šmejkal melangkah lebih jauh dari altermagnet dan merumuskan secara teoretis antialtermagnet, yang memiliki struktur simetri spin berbentuk zigzag
- Spin elektron tersusun simetris sehingga tidak ada gaya magnet total, tetapi perubahan pada jalur perpindahan elektron tetap memicu spin-splitting
- Makalahnya masih pada tahap sebelum peer review, namun sudah menunjukkan kemungkinan adanya fenomena magnetik baru
Kesimpulan
- Penemuan altermagnet merupakan titik balik penting yang dapat memperluas konsep magnetisme dan mempercepat penerapan praktis spintronics
- Dalam 10 tahun ke depan, temuan ini sangat mungkin mengarah pada material baru yang layak dikomersialisasi, dan risetnya sedang berlangsung aktif
- Berawal dari simetri Escher, riset ini menjadi contoh representatif bagaimana seni, matematika, dan fisika bertemu
1 komentar
Komentar Hacker News
tautan archive.ph
Menurut pemahaman saya, keunggulan sejati teknologi ini adalah perangkat penyimpanan magnetik solid-state
Perangkat penyimpanan magnetik konvensional menghasilkan medan magnet, tetapi material altermagnet baru ini merespons medan magnet eksternal tanpa menghasilkan medan magnet sendiri
Karena itu, perangkat bisa ditempatkan sangat rapat tanpa perlu khawatir soal interferensi
Strukturnya memungkinkan bit 0 dan 1 dibaca dengan pulsa listrik lemah, lalu dibalik dengan pulsa yang lebih kuat
Karena yang dibalik adalah atom itu sendiri, tidak ada perusakan struktur atau injeksi muatan, sehingga umurnya panjang dan siklus baca/tulisnya diperkirakan nyaris tak terbatas
Teknologi ini juga diperkirakan kompatibel dengan proses manufaktur silikon biasa
Namun, tantangan teknis utamanya adalah seberapa rapat struktur pembaca dapat ditempatkan satu sama lain
Penjelasan bahwa status bit dideteksi dengan pulsa listrik lemah dan dibalik dengan pulsa kuat benar-benar merangkum intinya dengan sangat baik
Sangat mengesankan bagaimana hal itu diringkas sempurna dalam satu kalimat dengan wawasan bergaya Feynman
Kalau perangkat penyimpanan seperti ini terwujud, saya rasa bukan hanya memori solid-state, tetapi juga sensor industri berbasis Hall effect secara luas akan mendapatkan peningkatan besar dalam resolusi dan ketahanan terhadap noise
Sebenarnya, bahkan material magnetik "biasa" yang sudah ada pun dapat mengubah arah medan magnetnya, seperti yang dapat dikonfirmasi dalam makalah ini
Bagian "Confirming that altermagnets exist" dalam artikel menjelaskan penggunaan praktisnya dengan baik
Secara tradisional, penyimpanan informasi berbasis spin berkerapatan tinggi hanya menggunakan material yang spin-nya secara alami selaras (biasanya feromagnet)
Masalahnya, feromagnet disertai medan magnet yang besar, yang menjadi hambatan besar untuk penggunaan praktis
Altermagnet baru ini memiliki spin yang tersusun rapi, sementara tiap atom