Bu grafik, üç önerilen manyetizm türünü üç aynada yansıtarak göstermektedir. Sol ayna, tüm elektron spinlerinin aynı yöne işaret ettiği (yukarı-yukarı-yukarı veya aşağı-aşağı-aşağı) ve gözlemlenebilir bir manyetik alan yaratan ferromanyetizmi gösterir. Sağ ayna, elektron spinlerinin sırayla yön değiştirdiği (yukarı-aşağı-yukarı-aşağı) ve birbirini nötrlediği için net bir manyetik etkisi olmayan antiferromanyetizmi gösterir. Orta ayna, hem ferromanyetizm hem de antiferromanyetizm özelliklerini sergileyen önerilen altermanyetizm türünü gösterir. Kaynak: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory
Onlarca yıldır fizikçiler, dışarıdan etki olmadan malzemelerde görülen yalnızca iki manyetizm türünü—ferromanyetizm ve antiferromanyetizmi—tanıyordu. Sciencedinde yayımlanan bulgularla, ABD Enerji Bakanlığı’na bağlı SLAC National Accelerator Laboratory önderliğinde bir ekip, altermanyetizm adlı üçüncü bir manyetik faz için kesin deneysel kanıt sundu.
“Geçtiğimiz birkaç yılda bilim insanları, ferromanyetizm-antiferromanyetizm ikiliğine rahatça sığmayan olguları gözlemledi,” dedi baş yazar Daniel Jost, SLAC ve Stanford Malzeme ve Enerji Bilimleri Enstitüsü’nde kıdemli bilim insanı.
“Araştırmacılar, bu iki sınıfın özelliklerini birleştiren üçüncü bir manyetizm türüne dair kanıtları biriktiriyordu. Bulgularımızın, bu üçüncü faz olan altermanyetizmin gerçek olduğunu gösteren sağlam bir deneysel doğrulama sağladığına inanıyoruz.”
Önceki çalışmaların üzerine inşa edilen bu araştırma, manganürürit (MnTe)’nin altermanyet—hem ferromanyetizm hem de antiferromanyetizm özelliklerini sergileyen, manyetizmin yeni bir sınıfı—olduğunu doğruladı. Bulgular, altermanyetik aday bir malzemenin spinlerinde, bir spiral merdiven ya da vida benzeri asimetrik bir manyetik yapı olan kiraliliğe doğrudan deneysel kanıt gösterdi.
Bu benzersiz malzemelerin tanımlanması, araştırmacıların onların özelliklerini, onları ileri düzey elektronik uygulamalar için ideal adaylar kılan biçimlerde yönetmelerine olanak tanıyacak; kuantum teknolojileri, bellek aygıtları ve veri merkezleri bu uygulamalara örnek verilebilir.
Rachel Nickel, Fransa’daki Avrupa Senkrotron Işınılayıcı Tesisinde (ESRF) bir doktora sonrası araştırmacı, altermagnetism olarak adlandırılan yeni bir manyetizma sınıfının doğrudan kanıtını gözlemleyen ekibin bir parçası. Kaynak: ESRF/Stef Candé
Manyetizmaya kısa bir giriş
Çoğumuza göre manyetizma somut bir kuvvetir: Bir çocuğun resmini buzdolabının kapağına yapıştıran ve pusula iğnesini kuzeye yönlendiren odur. Ancak bir fizikçi için manyetizma daha karmaşıktır. Bir malzemenin kuantum özelliğidir ve tüm manyetik malzemeler doğrudan gözlemlenebilir bir manyetik etki göstermez.
Fizikte, bir malzemenin elektronlarının spinleri—ikisinden biri “yukarı” ya da “aşağı” olabilen içsel açısal momentumları—polarize edildiğinde, yani belirli bir düzen içinde sıralandığında malzeme manyetik sayılır.
Ferromanyetlerde tüm elektron spinleri aynı yöne (yukarı-yukarı-yukarı ya da aşağı-aşağı-aşağı) işaret eder ve gözlemlenebilir bir manyetik alan oluşturur. İnsanlar bu manyetik sınıfını antik çağlardan beri biliyor ve ondan yararlanıyor. 1933’te bilim insanları, polarize spinlere sahip başka bir malzeme türü keşfetti. Antiferromanyetlerde ise spinler sırayla zıt yöne (yukarı-aşağı-yukarı-aşağı) işaret eder ve birbirini nötrleştirerek net bir manyetik etki üretmez.
Yeni bir manyetizma türü mü?
Neredeyse 90 yıl boyunca bu iki kategorili sistem manyetizma anlayışımızı domine etti.
Ancak son yıllarda araştırmacılar, bazı malzemelerin bu iki kategorinin de içine rahatça sığmadığını fark etti. Belirli malzemeler hem antiferromanyetizm gibi, yani spin konfigürasyonunun sırayla zıt olması ve net manyetizasyonun olmaması hem de ferromanyetizm gibi, yani spin akımlarının kullanılması özelliklerini sergiliyormuş gibi görünüyor. Bu davranışlar bir zamanlar birbirini dışlayan davranışlar olarak düşünülüyordu.
2022’de araştırmacılar, bu hileykâr malzeme sınıfını etiketlemek için “altermanyet” (altermagnets) terimini önerdi.
Bu davranışı açıklamak için araştırmacılar, altermanyetlerin konvansiyonel antiferromanyetler gibi birbirini izleyen spin kutuplaşması (yukarı-aşağı-yukarı-aşağı) sergilediğini, ancak kritik bir farkla: “yukarı” spinleri çevreleyen kristal örneğin, “aşağı” spinleri çevreleyen örneğe göre döndürüldüğünü öne sürdü. Bu geometrik dönme, simetride bir bozulma oluşturur ve olağanüstü davranışlarının kaynağı olabilir.
Kiralite: Bulmacanın son parçası
“2024 yılına gelindiğinde, altermanyetizmin gerçek olduğunu güçlü biçimde destekleyen bazı bulgular vardı,” dedi Jost, “ancak bulmacanın eksik bir parçası hâlâ oradaydı.”
Bu eksik parça, altermanyetik aday bir malzemedeki kiralitenin deneysel kanıtıydı. Kiralite, sık sık “el aidiyeti” olarak adlandırılır ve bir malzemenin ayna görüntüsünün üzerine oturtulamayacağını ifade eder; tıpkı sol elin sağ eldivene uymaması gibi.
Kiralite, antiferromanyetler ile şüpheli altermanyetler arasındaki ince, kuantum düzeyindeki farkları ayırt etmenin zarif bir yolunu sunar: Altermanyetik bir malzeme, antiferromanyet gibi birbirini izleyen spinlere (yukarı-aşağı-yukarı-aşağı) sahip olsa da, örneğindeki geometrik dönmeler, malzemenin elektronik ve manyetik yapısına konvansiyonel antiferromanyetlerin eksik olduğu belirgin bir kiralite kazandırır.
Jost’un ekibi, kiraliteyi araştırmak için MnTe’yi seçti; yıllarca antiferromanyetik sayılan bu malzeme, birkaç yıl önce altermanyetik olduğu şüphesiyle ortaya çıktı. Ekip, malzemeyi, son derece kontrollü polarize ışın demetleri üretme yeteneğiyle bilinen bir ışın hattına sahip Fransa’daki Avrupa Senkrotron Işınlanması Tesisi’ne (ESRF) götürdü.
“Kiral malzemeler, sol el polarize ışış demetlerini, sağ el demetlerinden farklı biçimde saçtırır,” açıkladı Jost. “Kiral olmayan malzemeler ise her ışık demetini aynı biçimde saçtırır.”
“Bu kiral imza, bize altermanyetizmin kendi kendine özgü bir sınıf oluşturduğunu söyleyebileceğimiz sağlam deneysel zemini sağladı,” dedi Jost. İlk deney 2024 yılında tamamlandı; ekip, 2025’in başlarında deneyini tekrarlayarak önceki sonuçlarını doğruladı.
“Bu teknik, manganürüridin gerçekten altermanyetik özellikler sergilediğini onaylamamıza yardımcı oldu,” dedi ESRF’den doktora sonrası bilim insanı ve deneyin ID32 ışın hattında tasarlanıp yürütülmesine katkı sağlayan ortak yazar Rachel Nickel. “Altermanyetizm yalnızca birkaç yıl önce öne sürüldü ve bu modelleri onaylamadaki hızlı ilerleme inanılmaz.”
Gerçek dünyada altermanyetizm
Bu keşif, araştırmacıların manyetik malzemelerin kutuplanmış spininden yararlanarak neslin sonraki elektronik aygıtlarıyı tasarladığı spintronik alanında büyük önem taşıyor.
Geleneksel hesaplama teknolojileri bilgiyi saklamak ve taşımak için yalnızca bir elektronun yükünü kullanırken, spintronik bir elektronun hem yükünü hem de spinini kullanarak araştırmacılara ek bir kontrol düğümü sağlıyor. Spintronik aygıtların daha hızlı, daha dayanıklı olması ve hesaplama ile veri merkezlerinde önemli ölçüde daha az enerji tüketmesi mümkün.
Araştırmacılar spintronik aygıtlarda belirli başarılar elde etti, ancak bu başarıların önü demirmanyetik ve antiferromanyetiğin doğasıyla sınırlı kaldı.
“Demirmanyetikler manyetik alanlardan çok kolay etkilenir,” diye açıkladı Jost. “Cebeğinizde kalıcı bir magnet varsa ve demirmanyetiklerle inşa edilmiş bir spintronik aygıtın yanından geçerseniz, bitleri çevirmeye, orada saklanan bilgiyi bozmaya başlayabilirsiniz. Antiferromanyetikler bu sorunu giderir, ancak neredeyse görünmez oldukları için içlerinde saklanan bilgiyi kolayca okuyamaz ya da verimli spin akımlarını sürmek için kullanamazsınız.”
“Altermanyetikler her ikisinin de en iyisini birleştirir,” dedi Jost. “Sıfır net manyetizasyona sahiptirler, bu yüzden kararlıdırlar, ancak bilgiyi kolayca çıkarmak için gereken kutuplanmış spin akımlarını üretme yeteneğini hâlâ taşırlar. Bu da üzerinde çalışmanız için ek bir özgürlik derecesi sağlar.”
Gelecek araştırmalar, altermanyetik durumların ışık ve elektrik kullanılarak nasıl etkilenip kontrol edilebileceğini keşfedecek; böylece kuantum teknolojileri, bellek aygıtları ve veri merkezleri için spintronik çözümlerdeki faydaları artırılacak.
Daniel Jost ve ark., Chiral altermagnetism MnTe, Science (2026). DOI: 10.1126/science.adv3196
Dergi bilgileri:
Science
Manyetizma
Sıkı madde simetrileri
SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı
Hikayenin ardındaki isimler kimler?
Bilim Lisansı ve Ekoloji. Petrol, gaz ve yenilenebilir sektörlerde ilaç haberleri deneyimine sahip mikrobiyoloji laboratuvarı geçmişi.
Profilin tamamı →
Matematiksel biyoloji alanında lisans, yaratıcı yazım alanında yüksek lisans. Bilim ve dil üzerine özgün bakış açılarına sahip, geniş bir yolculuk geçirmiş.
Profilin tamamı →
Atıf
:
Altermagnetizmanın doğrulanması: Geometrik bir bükülme deneyimsel kanıt sunar (30 Ekim 2026)
30 Ekim 2026 tarihinde erişildi
https://phys.org/news/2026-10-altermagnetism-geometric-experimental-proof.html adresinden
Bu belge telif hakkına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan adil kullanım dışında,
içerigin hiçbir kısmı yazılı izin olmadan çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.
Bu gelişme hakkında düşüncelerinizi, donanım deneyimlerinizi veya sorularınızı Topluluk Forumumuzda paylaşın.
Foruma Katıl & Yanıtla ➔
İlk yorumu siz yazın
Fikrinizi bir kaynak, soru veya yapıcı karşı görüşle geliştirin.