90 ИИ-агентов за три дня нашли два материала для спинтронной памяти

Группа из более чем 90 ИИ-агентов на базе Claude Opus 5.5 за трое суток отобрала два материала-кандидата для спинтронной памяти нового поколения. Оба, по квантово-механическим расчётам методом функционала плотности, имеют нулевой суммарный магнитный момент и при этом разделяют электроны по спину — сочетание, которое позволяет делать запоминающие устройства без паразитных магнитных полей.

Оба кандидата относятся к лютинжеровски компенсированным антиферромагнетикам. Атомы со спином «вверх» и «вниз» обладают одинаковым магнитным моментом и в сумме дают ноль, но занимают неэквивалентные позиции в кристаллической решётке. Из-за этой неэквивалентности электроны с разными спинами расходятся по энергии, как в ферромагнетиках, а суммарное магнитное поле не возникает.

Первый кандидат спроектирован с нуля

Это оксид марганца и железа, в котором атомы Mn и Fe должны стоять в идеальном шахматном порядке. Расчёты дали ширину запрещённой зоны и «спиновое окно» — энергетический интервал у края зоны, где все доступные электронные состояния имеют одинаковый спин, — заметно выше теплового шума при комнатной температуре (около 26 мэВ). Проблема в том, что шахматный порядок разрушается примерно при 950 K, а синтез подобных оксидов идёт при 900–1300 °C, поэтому стандартными методами получить материал в упорядоченной форме не удастся.

Второй кандидат лежал на виду с 1999 года

Речь о KV[Cr(CN)₆] из семейства берлинской лазури — пигмента, известного триста лет. Химики изначально спроектировали два металлических центра так, чтобы их магнетизмы гасили друг друга. Сортировку спинов по энергии зафиксировали в работе 2008 года, но та работа изучала магнитную связь под давлением и на этот аспект внимания не обратила. До сих пор никто не описал KV[Cr(CN)₆] как полупроводник с лютинжеровской компенсацией, которая позволяет совместить главные плюсы обоих типов магнетизма для сверхбыстрой электроники, и не измерил его спиновые окна.

Вода в порах и расхождение методов

Все расчёты выложены на GitHub и сделаны для идеальных сухих кристаллов. Единственный реальный образец KV[Cr(CN)₆] — порошок 1999 года с водой в порах — показал остаточный магнитный момент 0,125 магнетона Бора на единицу. Два метода расчёта расходятся в оценке влияния воды: более точный HSE06 предсказывает сохранение спиновой сортировки, более быстрый PBE+U — сжатие дырочного окна более чем вдвое. Ни ширина запрещённой зоны, ни спиновое окно экспериментально не измерены.

Авторы подчёркивают: KV[Cr(CN)₆] сохранял магнитный порядок до 376 K в образце 1999 года, тогда как два других полупроводника, предсказанных в работе 2025 года, теряют порядок ниже комнатной температуры. Следующий шаг — синтезировать материал заново и напрямую измерить спиновую сортировку.