Forskere bekrefter en tredje form for magnetisme – kan revolusjonere datateknologien

Et gjennombrudd innen fysikken kan få enorme konsekvenser for fremtidens datamaskiner, kunstig intelligens og datasentre. Amerikanske og europeiske forskere har nå lagt fram avgjørende eksperimentelle bevis for en tredje form for magnetisme. Oppdagelsen kan åpne for raskere prosessorer, nye typer dataminne, mer energieffektiv elektronikk og kvanteteknologi.

TEKNOLOGI: I nesten 90 år har fysikere hovedsakelig operert med to grunnleggende former for magnetisk orden: ferromagnetisme og antiferromagnetisme.

Nå har forskere ved SLAC National Accelerator Laboratory i USA, i samarbeid med European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) i Frankrike, bekreftet en tredje kategori: altermagnetisme.

Resultatene er publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Science og omtalt av ScienceDaily 4. november.

En ny måte å lagre og behandle informasjon på

For å forstå betydningen må vi se på hvordan moderne elektronikk fungerer.

Datamaskiner bruker elektriske signaler til å behandle informasjon, mens magnetiske egenskaper blant annet benyttes til datalagring.

En vanlig magnet har elektroner med magnetiske momenter som i stor grad peker samme vei. I antiferromagnetiske materialer peker de vekselvis i motsatt retning, slik at magnetiseringen samlet blir null.

Altermagnetisme kombinerer viktige egenskaper fra begge disse materialtypene.

Materialene har ingen samlet magnetisering, men kan likevel produsere spinpolariserte elektronstrømmer som gjør det mulig å hente ut informasjon.

Dette kan være svært verdifullt. Elektronenes såkalte spinn kan utnyttes til å representere og overføre informasjon uten at teknologien utelukkende er avhengig av tradisjonelle elektriske ladningssignaler.

Kan redusere energibehovet i datasentre

En av de mest interessante mulighetene gjelder datasentre.

Utbyggingen av kunstig intelligens krever stadig større mengder datakraft. Store serverparker bruker betydelige mengder elektrisitet til prosessering, datalagring, kommunikasjon og kjøling.

Altermagnetiske materialer kan på sikt gjøre det mulig å utvikle nye minnekomponenter og elektroniske brytere som krever mindre energi og kan arbeide raskere enn enkelte av dagens løsninger.

Dersom slike komponenter blir kommersielt anvendelige, kan energibesparelsene bli særlig interessante i datasentre med millioner av elektroniske komponenter.

Det er imidlertid ikke dokumentert hvor store besparelsene vil bli. Forskerne har bekreftet en fysisk egenskap, ikke utviklet ferdige prosessorer eller servere.

Kan endre fremtidens prosessorer

Moderne prosessorer bygger på milliarder av transistorer som slår elektriske signaler av og på.

Når komponentene blir stadig mindre, blir varmeutvikling, strømforbruk og signaloverføring viktige begrensninger.

Spintronikk, som utnytter elektronenes spinn, er et mulig alternativ eller supplement til tradisjonell elektronikk.

Altermagnetisme kan gi denne teknologien nye muligheter fordi materialene både kan være motstandsdyktige mot uønskede magnetiske forstyrrelser og samtidig gjøre det mulig å lese ut informasjon.

På lengre sikt kan dette bidra til nye prosessorarkitekturer, raskere minnetilgang og komponenter der lagring og beregning integreres tettere.

Det siste er særlig interessant for kunstig intelligens, der flytting av enorme datamengder mellom prosessorer og minne ofte krever betydelig tid og energi.

Muligheter for kvantedatamaskiner

Oppdagelsen kan også få betydning for utviklingen av kvantedatamaskiner.

Kvanteteknologi er avhengig av svært presis kontroll over kvantetilstander. Magnetiske materialer kan blant annet påvirke hvordan slike tilstander dannes, manipuleres og måles.

Altermagnetiske materialer kan gi forskerne nye måter å kontrollere elektronspinn og samspillet mellom magnetisme og andre kvantefenomener på.

Dette kan bli relevant for fremtidige kvantekomponenter og nye materialbaserte kvantearkitekturer.

Det betyr likevel ikke at forskerne har løst utfordringene med stabile qubits eller feilkorreksjon. Slike anvendelser ligger fortsatt på forskningsstadiet.

Kan også bli viktig for optiske datamaskiner

En annen spennende mulighet ligger i kombinasjonen av magnetisme og lys.

Optisk prosessering handler om å bruke fotoner, altså lyspartikler, til å overføre eller behandle informasjon. Teknologien er interessant fordi lys kan transportere store datamengder med høy hastighet.

Altermagnetiske materialer har en struktur som kan gi særegne reaksjoner på polarisert lys.

Det åpner for forskning på komponenter der lys brukes til å påvirke magnetiske tilstander, eller der magnetiske egenskaper styrer optiske signaler.

Slike prinsipper kan på sikt få betydning for optiske brytere, informasjonsbehandling og integrerte fotoniske kretser.

Det er foreløpig en teknologisk mulighet, ikke en demonstrert metode for å bygge optiske prosessorer.

Avslørte den nye magnetismen med røntgenstråler

Forskerne undersøkte materialet mangantellurid, som tidligere ble regnet som antiferromagnetisk.

Ved hjelp av kraftige, sirkulært polariserte røntgenstråler kunne de undersøke en spesiell asymmetri i materialets magnetiske struktur, kjent som kiralitet.

Materialet reagerte forskjellig på venstre- og høyrepolarisert røntgenstråling. Denne forskjellen ga forskerne den avgjørende signaturen de hadde lett etter.

Forsøkene ble først gjennomført i 2024 og gjentatt i 2025 med tilsvarende resultater.

Forskningsleder Daniel Jost mener resultatene gir solid eksperimentell bekreftelse på at altermagnetisme utgjør en egen magnetisk fase.

Kan bli et grunnlag for neste teknologiske sprang

Historien viser at nye materialegenskaper kan få konsekvenser langt utover det forskerne opprinnelig forestilte seg.

Halvlederfysikken la grunnlaget for transistoren, mikroprosessoren og den digitale revolusjonen. Oppdagelser innen magnetiske materialer har på tilsvarende måte bidratt til utviklingen av moderne datalagring.

Altermagnetisme kan vise seg å bli et nytt slikt grunnlag.

Dersom forskerne lykkes med å kontrollere materialene ved hjelp av elektrisitet og lys, kan resultatet bli en ny generasjon komponenter som kombinerer høy hastighet, lavt energiforbruk og stabil informasjonslagring.

Det kan igjen få betydning for alt fra mobiltelefoner og autonome systemer til store KI-datasentre og fremtidens kvanteteknologi.

Men veien fra et fysisk gjennombrudd til masseprodusert teknologi er lang. Materialene må kunne fremstilles, integreres med eksisterende halvlederteknologi og fungere stabilt over tid.

Det forskerne nå har dokumentert, er ikke en ferdig teknologisk revolusjon, men en ny fysisk mulighet som kan gjøre en slik revolusjon mulig.