AINA MPYA YA SUMAKU INAFANYA KAZI KATIKA JOTO LA KAWAIDA LA CHUMBA

Elektroni hubeba chaji, lakini pia spini, sumaku ndogo ya ndani inayoelekea “juu” au “chini”. Spintroniki inalenga kutumia spini hiyo kuhifadhi na kuchakata taarifa. Katika miaka ya karibuni, wanafizikia wamegundua maada za kisumaku zenye sifa ya kushangaza: hazina usumaku wa jumla, lakini nishati ya elektroni zao bado inategemea spini yao, kwa namna inayobadilika kulingana na mwelekeo zinaosonga. “Mgawanyiko wa spini” huu hautegemei athari za kirelativiti, jambo linaloufanya kuwa mkubwa.

Katika baadhi ya maada hizi, zinazoitwa altamagneti (altermagnets), mpangilio ni wa ulinganifu: elektroni inayosonga upande mmoja na ile inayosonga upande kinyume huona spini ile ile. Katika sumaku za p-wave, ni kinyume chake: geuza mwelekeo wa mwendo na spini hugeuka pia. Hadi sasa, sumaku za p-wave zilizoripotiwa zilifanya kazi tu chini ya joto la naitrojeni kiowevu.

Ond iliyofichwa katika fuwele inayojulikana

Kaiwen Shen, Xianzhe Chen, Libor Šmejkal na wenzao katika Chuo Kikuu cha Fudan huko Shanghai, Taasisi mbili za Max Planck huko Dresden, na taasisi nyingine nchini China na Jamhuri ya Cheki, waligeukia ferati ya bismuthi (BiFeO₃). Ni mojawapo ya “multiferoiki” zilizochunguzwa zaidi, maada ambazo ni za kisumaku na pia ferroelektriki — zina upolarishaji wa kiumeme wa ndani. Hubaki na mpangilio wa kisumaku hadi takriban kelvini 640 (juu sana ya joto la chumba) na ferroelektriki hadi kelvini 1,100.

Ndani yake, momenti za kisumaku za atomi za chuma hazijapangwa sambamba: huzunguka hatua kwa hatua kwenye ond, inayoitwa saikloidi. Timu inaonyesha kwamba ond hii, yenyewe tu, huzalisha usumaku wa p-wave — utaratibu wanaoueleza kuwa ulipuuzwa hapo awali.

Nadharia, kisha leza

• Hesabu za elektroni za fuwele zinaonyesha mpangilio safi wa spini wa p-wave, wenye mgawanyiko wa spini wa takriban milielektronivolti 100. Kuongeza athari za kirelativiti hakuubadilishi kwa kiasi kikubwa: athari hiyo inatokana na mpangilio wa kisumaku wenyewe.
• Ond inapozunguka upande mwingine — ya mkono wa kushoto badala ya kulia — mpangilio wa spini hugeuka.
• Maabarani, walikuza utando wa nanomita 100 wa ferati ya bismuthi na kupiga picha ya ond yake ya kisumaku kwa kihisi cha kwanta chenye ncha ya almasi.
• Kusoma spini, waliangaza utando huo kwa leza ya upolarishaji wa duara. Mwanga unaozunguka upande mmoja husisimua elektroni za spini moja zaidi kuliko nyingine, ukitoa mkondo mdogo wa umeme ambao alama yake hufuata mwelekeo wa spini. Walipozungusha sampuli, mkondo ulifika kilele hasa katika mwelekeo uliotabiriwa kwa upolarishaji wa spini wa p-wave. Vipimo hivi vyote vilifanywa katika joto la chumba, hewani.

Kugeuza spini kwa volteji

Sifa kuu: katika ferati ya bismuthi, upande wa mzunguko wa ond umefungamanishwa na upolarishaji wa kiumeme. Geuza kimoja, na kingine hufuata.

Timu ilipitisha mipigo ya umeme ya takriban kilovolti 300 kwa sentimita kwenye utando. Upolarishaji ulizunguka, ond ilibadilisha upande wake, na mkondo uliosababishwa na leza ulibadilisha alama: chanya baada ya mpigo mmoja, hasi baada ya mpigo kinyume. Ukichorwa dhidi ya uga uliotumika, mkondo ulichora kitanzi cha histeresisi (hysteresis loop) kilicholingana na ugeuzaji wa upolarishaji wa fuwele. Badiliko hilo linaweza kurudishwa na hubaki mahali pake baada ya mpigo.

Mipigo ya umeme hugeuza upolarishaji na upande wa ond (a); kifaa (b); mkondo wa spini hubadilisha alama (c) na hufuata kitanzi cha histeresisi dhidi ya uga wa umeme (d). — Kielelezo 3, Shen et al. (2026), arXiv:2610.12892.

Kutoka baridi kali hadi mezani

Waandishi wanaiwasilisha kama sumaku yenye mgawanyiko wa spini wa usawa-witiri (odd-parity) unaodhibitiwa kwa volteji katika joto la chumba, na wanaiona kama njia kuelekea vifaa vya spintroniki vinavyotumia nishati kidogo. Matokeo yanatoka kwenye tando nyembamba maabarani; hakuna kifaa chochote kilichoonyeshwa bado zaidi ya ugeuzaji wa ishara iliyopimwa.