JENIS MAGNET BARU YANG BEKERJA PADA SUHU RUANG

Elektron membawa muatan, tetapi juga spin, magnet bawaan yang sangat kecil yang mengarah “ke atas” atau “ke bawah”. Spintronika bertujuan memakai spin itu untuk menyimpan dan mengolah informasi. Dalam beberapa tahun terakhir, fisikawan menemukan material magnetik dengan sifat yang mencolok: material ini tidak memiliki magnetisasi total, tetapi energi elektronnya tetap bergantung pada spinnya, dengan cara yang berubah sesuai arah gerak elektron. “Pemisahan spin” ini tidak bergantung pada efek relativistik, sehingga besarnya cukup besar.

Pada sebagian material ini, yang disebut altermagnet, polanya simetris: elektron yang bergerak ke satu arah dan yang bergerak ke arah sebaliknya melihat spin yang sama. Pada magnet gelombang-p, kebalikannya: balik arah geraknya, maka spinnya juga berbalik. Hingga kini, magnet gelombang-p yang dilaporkan hanya bekerja di bawah suhu nitrogen cair.

Spiral yang tersembunyi dalam kristal yang akrab

Kaiwen Shen, Xianzhe Chen, Libor Šmejkal, dan rekan-rekan di Universitas Fudan di Shanghai, dua Institut Max Planck di Dresden, serta lembaga-lembaga lain di Tiongkok dan Republik Ceko beralih ke bismut ferit (BiFeO₃). Ini salah satu “multiferoik” yang paling banyak dipelajari, yaitu material yang sekaligus magnetik dan feroelektrik — memiliki polarisasi listrik bawaan. Bismut ferit tetap teratur secara magnetik hingga sekitar 640 kelvin (jauh di atas suhu ruang) dan feroelektrik hingga 1.100 kelvin.

Di dalamnya, momen magnetik atom-atom besi tidak sejajar: momen itu berputar selangkah demi selangkah di sepanjang sebuah spiral, yang disebut sikloid. Tim ini menunjukkan bahwa spiral itu sendiri menghasilkan kemagnetan gelombang-p — mekanisme yang mereka sebut selama ini terabaikan.

Teori, lalu laser

• Perhitungan elektron kristal menunjukkan pola spin gelombang-p yang bersih, dengan pemisahan spin sekitar 100 milielektronvolt. Menambahkan efek relativistik nyaris tidak mengubahnya: efek ini berasal dari keteraturan magnetiknya sendiri.
• Ketika spiralnya berputar ke arah lain — kidal, bukan kanan —, pola spinnya berbalik.
• Di laboratorium, mereka menumbuhkan lapisan tipis bismut ferit setebal 100 nanometer dan mencitrakan spiral magnetiknya dengan sensor kuantum berujung intan.
• Untuk membaca spin, mereka menyinari lapisan itu dengan laser terpolarisasi melingkar. Cahaya yang berputar ke satu arah lebih banyak mengeksitasi elektron dengan satu jenis spin daripada yang lain, sehingga menghasilkan arus listrik kecil yang tandanya mengikuti arah spin. Saat sampel diputar, arusnya memuncak tepat ke arah yang diprediksi untuk polarisasi spin gelombang-p. Semua pengukuran ini dilakukan pada suhu ruang, di udara terbuka.

Membalik spin dengan tegangan

Ciri kuncinya: dalam bismut ferit, arah putar spiral terkunci pada polarisasi listrik. Balik salah satunya, yang lain ikut berbalik.

Tim ini menerapkan denyut listrik sekitar 300 kilovolt per sentimeter melintasi lapisan itu. Polarisasinya berputar, spiralnya berganti arah putar, dan arus yang diinduksi laser berganti tanda: positif setelah satu denyut, negatif setelah denyut yang berlawanan. Ketika diplot terhadap medan yang diterapkan, arus itu membentuk lingkar histeresis yang cocok dengan pembalikan polarisasi kristal. Perubahan ini dapat dibalikkan dan tetap bertahan setelah denyut.

Denyut listrik membalik polarisasi dan arah putar spiral (a); perangkatnya (b); arus spin berganti tanda (c) dan mengikuti lingkar histeresis terhadap medan listrik (d). — Gambar 3, Shen et al. (2026), arXiv:2610.12892.

Dari suhu dingin ke atas meja

Para penulis menyajikannya sebagai magnet dengan pemisahan spin berparitas ganjil yang dikendalikan oleh tegangan pada suhu ruang, dan melihatnya sebagai jalan menuju perangkat spintronik yang hemat daya. Hasil-hasil ini berasal dari lapisan tipis di laboratorium; belum ada perangkat yang didemonstrasikan selain pembalikan sinyal yang diukur.