Forskare har utvecklat en ny metod för att styra helimagnetiska strukturer med hjälp av elektrisk ström. Genombrottet kan bana väg för snabbare och betydligt mer energieffektiva elektroniska komponenter där information lagras och bearbetas med hjälp av elektronernas spinn istället för deras elektriska laddning.
Den nya tekniken visar att spiralformade magnetiska mönster kan växlas fram och tillbaka på ett kontrollerat sätt genom en kombination av elektrisk ström och magnetfält. Resultaten öppnar nya möjligheter inom det snabbt växande forskningsområdet spintronik, där målet är att utveckla framtidens minnes- och logikkretsar med betydligt lägre energiförbrukning än dagens elektronik.
Magnetism med en spiralformad struktur
I vanliga magneter pekar de magnetiska momenten huvudsakligen åt samma håll.
I helimagneter är situationen annorlunda. Där vrider sig magnetiseringen gradvis genom materialet och bildar en spiral- eller skruvliknande struktur. Denna speciella ordning ger upphov till unika magnetiska egenskaper som länge har intresserat forskare inom kvantmaterial och spintronik.
Eftersom spiralstrukturen kan representera olika logiska tillstånd har den potential att användas för framtida informationslagring. Utmaningen har varit att hitta ett effektivt sätt att styra dessa strukturer elektriskt.
Elektrisk ström växlar den magnetiska strukturen
I den nya studien visade forskarna att en kombination av elektrisk ström och ett yttre magnetfält kan få den helimagnetiska strukturen att växla mellan olika stabila tillstånd.
Processen är reversibel, vilket innebär att materialet kan växlas fram och tillbaka utan att dess egenskaper försämras.
Att kunna kontrollera magnetiska tillstånd elektriskt är en viktig förutsättning för att utveckla praktiska spintroniska komponenter där information kan skrivas och raderas snabbt samtidigt som energiförbrukningen hålls låg.
Ett steg mot energieffektiv spintronik
Till skillnad från traditionell elektronik, där elektrisk laddning används för att lagra och bearbeta information, bygger spintronik på elektronernas spinn – en kvantmekanisk egenskap som fungerar som ett litet magnetiskt moment.
Genom att utnyttja spinn istället för laddning kan framtida komponenter bli både snabbare och betydligt mer energieffektiva.
Forskarna menar att möjligheten att styra helimagnetiska strukturer med elektrisk ström kan bli en viktig byggsten i nästa generation av minneskretsar och logiska komponenter.
Kan minska energiförbrukningen i framtidens datorer
Datacenter och avancerad elektronik står idag för en snabbt växande del av världens energiförbrukning.
Därför pågår intensiv forskning kring nya material som kan lagra information utan att kräva lika mycket energi som dagens halvledarteknik.
Elektriskt styrda magnetiska material är särskilt intressanta eftersom de kan behålla sitt tillstånd även när strömmen stängs av. Det innebär att framtida minneskretsar kan bli så kallat icke-flyktiga, vilket minskar energibehovet både under drift och i viloläge.
Nästa steg är praktiska komponenter
Forskarna ser den nya metoden som ett viktigt bevis på att helimagnetiska strukturer kan kontrolleras på ett praktiskt sätt.
Nästa steg blir att undersöka hur tekniken fungerar i mindre komponenter och hur snabbt växlingen kan ske under realistiska driftförhållanden.
Om utvecklingen fortsätter enligt plan kan elektriskt styrda helimagneter på sikt användas i allt från ultrasnabba minnen till energieffektiva processorer och annan avancerad elektronik där låg energiförbrukning och hög prestanda är avgörande.
Publikationsuppgifter
A new route to electrically controlled helimagnetic structures, Nature Communications (2026).
