AI-agents vinden twee kandidaat-magneten voor supersnel computergeheugen

Computergeheugen op basis van magnetisme, spintronica, bestaat al decennia. Harde schijven en MRAM-chips gebruiken de spin van elektronen om informatie vast te leggen. Het probleem: gewone magneten lekken een magnetisch veld naar buiten, waardoor ze elkaar storen en moeilijk dicht op elkaar te plaatsen zijn. Antiferromagnetische materialen hebben dat probleem niet, maar hun elektronenspins zijn zo ongeordend dat je ze niet kunt uitlezen.

Tussen deze twee uitersten zit een derde categorie: Luttinger-gecompenseerde magneten. Daarin heffen spin-omhoog en spin-omlaag atomen elkaar magnetisch precies op, maar omdat ze op verschillende plekken in het kristal zitten, blijven de spins toch sorteerbaar naar energie. Dat combineert het beste van twee werelden: geen storend magnetisch veld, maar wel uitleesbare informatie. Bovendien schakelen dit soort materialen ongeveer duizend keer sneller dan gewone magneten.

Twee kandidaten uit de computer

Het team liet AI-agents kwantummechanische berekeningen uitvoeren met dichtheidsfunctionaaltheorie, de standaardmethode om het gedrag van elektronen in materialen te simuleren. De eerste kandidaat is een volledig nieuw ontworpen kristal: YBaMnFeO₅, opgebouwd uit yttrium, barium, mangaan, ijzer en zuurstof. De berekeningen voorspellen een bandafstand van 2,35 eV en spin-sorteervensters die ruim boven de thermische ruis bij kamertemperatuur liggen. Het materiaal zou zelfs tot bijna 490 Kelvin (ruim 200°C) magnetisch ordelijk blijven. Het probleem is dat het kristalrooster, waarin mangaan- en ijzeratomen in een schaakbordpatroon moeten staan, bij de hoge temperaturen die nodig zijn om het materiaal te maken (900 tot 1300°C) waarschijnlijk in de war raakt.

De tweede kandidaat bestond al: KV[Cr(CN)₆], voor het eerst gemaakt in 1999 en verwant aan het eeuwenoude pigment Berlijns blauw. Chemici ontwierpen het destijds al zo dat de magnetische momenten van vanadium en chroom elkaar opheffen, en een studie uit 2008 liet zelfs al zien dat de spins gesorteerd zijn. Niemand trok daaruit de conclusie dat het om een Luttinger-gecompenseerde halfgeleider ging. De AI-agents berekenden een bandafstand van 2,1 eV met brede spinpolarisatie-vensters, en het materiaal bleef in 1999 al magnetisch tot 103°C, ruim boven kamertemperatuur.

Nog geen kant-en-klaar chipmateriaal

Belangrijk: de berekeningen gaan uit van een perfect, droog kristal. Het enige bestaande monster van KV[Cr(CN)₆] is een poeder met water in de poriën en vertoont daardoor een klein restmagnetisme in plaats van precies nul. De onderzoekers, die hun werk met behulp van agentic AI uitvoerden, publiceerden alle code, berekeningen en bekende beperkingen openbaar, zodat andere wetenschappers de resultaten kunnen controleren en verder kunnen bouwen op deze zoektocht naar geheugenmateriaal van de toekomst.