Хиральность - это свойство материалов, при котором их зеркальное отражение не идентично оригиналу - точно так же, как наши левая и правая руки. Эта уникальная характеристика создает два различных состояния, которые, по мнению исследователей, однажды могут быть использованы для хранения цифровой информации, во многом подобно состояниям "0" и "1" в обычных вычислениях.

"Среди различных материалов гелимагнетики особенно интересны, поскольку они проявляют хиральность благодаря своей магнитной структуре, - говорит Алекс Хиро Майо (Университет Тохоку), - Однако основная проблема при использовании этих материалов для хранения информации заключается в том, как эффективно считывать их хиральность".

Одно из многообещающих решений связано с необычным эффектом, называемым невзаимным электронным переносом, при котором электрический ток протекает легче в одном направлении, чем в другом. Этот односторонний электрический поток, известный как выпрямление, непосредственно отражает хиральность материала и может служить способом "считывания" магнитной информации.

"Если мы сможем найти способ точно использовать хиральность для хранения данных, это будет означать новую эру для устройств хранения информации. Однако микроскопический механизм, лежащий в основе этого эффекта выпрямления в хиральных магнитах, еще до конца не изучен. Разгадка этого механизма необходима для установления принципов проектирования материалов, которые обеспечивают эффективное обнаружение хиральности и улучшенную производительность считывания", - объясняет Майо.

Этот совместный исследовательский проект устраняет этот пробел в знаниях, сосредоточившись на уникальном квантовом материале - α-eup3, который является гелимагнитным материалом, в котором локальные магнитные моменты атомов европия (Eu) создают хиральную магнитную текстуру. Они тщательно контролировали магнитную структуру с помощью внешних магнитных полей, которые, в свою очередь, манипулировали электронным поведением материала, чтобы выявить микроскопические причины невзаимного переноса. Эти результаты описаны в исследовании, недавно опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 23 января 2025 года.

В отличие от обычных металлов со сложными "электронными зонными структурами", которые определяют, как электроны текут внутри материала, α-EuP ₃ имеет более простой электронный ландшафт, что делает его идеальной платформой для выявления прямой взаимосвязи между магнетизмом и переносом электронов. Изменяя магнитное состояние материала между хиральной и ахиральной фазами, исследователи наблюдали сильный эффект выпрямления в хиральной фазе, который полностью исчезал, как только магнитное состояние переходило в ахиральную фазу.

Объединив экспериментальные результаты с теоретическими расчетами, они продемонстрировали, что "магнитная закрутка" в хиральной фазе непосредственно индуцирует асимметрию электронной полосы, которая, в свою очередь, запускает односторонний электрический поток.

Эта работа обеспечивает важнейшее понимание на микроскопическом уровне того, как магнитная хиральность управляет электронным переносом, предлагая ключевые идеи для разработки новых функциональных квантовых материалов и позволяя в будущем применять их в хиральном хранилище информации и электронных устройствах следующего поколения.