Đã chứng minh lý thuyết lưu trữ từ tính trong vật liệu hai chiều – bây giờ chúng ta đang chờ tăng dung lượng của ổ cứng.

Giới hạn thực nghiệm mới: chu kỳ hoàn chỉnh các pha từ tính ngoại lai được phát hiện trong vật liệu mỏng nguyên tử

Các nhà vật lý tại Đại học Texas ở Austin lần đầu tiên ghi nhận toàn bộ quá trình tiến triển liên tiếp của hai trạng thái từ tính độc đáo, trước đây chỉ tồn tại như những pha riêng lẻ. Thí nghiệm cho phép tạo ra các “đảo từ tính” ổn định có kích thước chỉ vài nanomet – một bước tiến tới các bộ nhớ dữ liệu siêu dày trong tương lai.

Điều gì đã được phát hiện?
1. Pha BKT (Berezinsky‑Kosterlitz‑Thouless)

Khi làm lạnh đến nhiệt độ từ –150 °C đến –130 °C, vật liệu hai chiều mỏng nguyên tử chuyển sang trạng thái BKT. Trong trạng thái này các moment từ tính hình thành cặp xoáy liên kết, quay ngược chiều nhau. Mỗi xoáy có kích thước chỉ vài nanomet.

2. Pha “đồng hồ” sáu trạng thái

Khi tiếp tục giảm nhiệt độ, vật liệu chuyển sang pha thứ hai – pha đồng hồ sáu trạng thái (six‑state clock). Các moment từ tính chọn một trong sáu hướng có thể, giống như các kim giờ trên mặt đồng hồ. Những trạng thái này ổn định và bền lâu, làm cho chúng tiềm năng được sử dụng để ghi thông tin.

Hai pha này – những tiên phong lẫn nhau – trước đây đã được quan sát riêng biệt, nhưng chưa ai tái tạo toàn bộ chu kỳ.

Vật liệu và phương pháp
Thí nghiệm được thực hiện trên tinh thể trisulfide nickel-phosphide (NiPS₃). Kết quả được xác nhận cả lý thuyết lẫn thực nghiệm bằng phân tích đa cực quang học phi tuyến tính.

Ý nghĩa khoa học
- Xác nhận các mô hình cơ bản của từ tính hai chiều và vật lý topological.
- Đóng góp của nhà khoa học Liên Xô Vadim Berezinsky, người sáng lập chuyển tiếp BKT, được xác thực bằng dữ liệu thực nghiệm. Giải Nobel 2016 cho phát triển lý thuyết này đã trao cho Kosterlitz và Thouless.
- Hiển thị các xoáy từ tính nano ổn định trong hệ thống hoàn toàn hai chiều mở ra cơ hội mới để điều khiển từ tính ở cấp độ nguyên tử.

Triển vọng
Các nhà khoa học dự định tìm kiếm vật liệu nơi những pha ngoại lai này được ổn định ở nhiệt độ cao hơn – gần với phòng. Điều này có thể dẫn đến việc tạo ra các thiết bị nano từ tính siêu nhỏ, đột phá trong spintronics và công nghệ lưu trữ dữ liệu mới.