Новый тип магнетизма: Найден материал для спинтроники будущего – работает при комнатной температуре
Физики подтвердили существование третьего типа магнетизма — альтермагнетиков. В отличие от ферромагнетиков (магниты на холодильник) и антиферромагнетиков (с компенсированными спинами), эти материалы сочетают отсутствие внешнего поля с сильными спиновыми эффектами. Международная группа исследователей впервые синтезировала слоистый альтермагнетик, работающий при комнатной температуре, что открывает путь к созданию принципиально новой элементной базы для электроники.
Как устроен новый тип магнетизма
В альтермагнетиках магнитные моменты электронов (спины) направлены в разные стороны, как в антиферромагнетиках, но их кристаллическая решетка обладает особой симметрией. Из-за этого электроны с противоположными спинами движутся по разным траекториям внутри материала, создавая спиновое расщепление энергетических зон. Этот эффект не требует ни сильного спин-орбитального взаимодействия, ни суммарной намагниченности — он заложен в самой структуре кристалла.
Прорыв: материал, который искали годы
Ключевым достижением стало соединение Rb₁-δV₂Te₂O, синтезированное группой профессора Лю Цзюньвэя. Оно обладает тремя критическими свойствами:
- Слоистая структура, позволяющая разделить его на двумерные пленки толщиной в несколько атомов
- Сохранение альтермагнитных свойств при комнатной температуре
- Экспериментально подтвержденный эффект C-сопряженной спин-вэлли блокировки — электроны с разными спинами занимают разные «долины» в энергетическом спектре
Для визуализации эффекта ученые использовали фотоэмиссионную спектроскопию со спиновым и угловым разрешением (Spin-ARPES) и сканирующую туннельную микроскопию. Результаты полностью совпали с теоретическими предсказаниями 2021 года.
Почему это изменит электронику
Альтермагнетики решают главную проблему спинтроники — области, где информацию кодируют не зарядом, а спином электрона. Ферромагнетики создают сильные паразитные поля, мешающие при миниатюризации. Антиферромагнетики не «фонят», но их спинами сложно управлять. Новые материалы сочетают стабильность вторых с управляемостью первых, плюс демонстрируют большое время жизни спиновых состояний.
Теоретически альтермагнетики перспективны и для вэллитроники — направления, где информация кодируется принадлежностью электрона к определенной энергетической «долине». Спин-долинная блокировка делает их идеальными кандидатами для таких устройств.
Предшествующие попытки найти альтермагнетик наталкивались на ограничения: материалы либо имели неподходящую симметрию, либо работали только при криогенных температурах, либо были объемными кристаллами, непригодными для микроэлектроники. Открытие слоистого соединения, функционирующего при комнатной температуре, снимает эти барьеры.
До коммерческих устройств еще далеко, но фундамент заложен. Ученые уже прогнозируют в альтермагнетиках необычные эффекты — токи с сохранением спина и пьезомагнетизм (намагничивание при деформации). Привычное деление на два типа магнетизма уходит в прошлое, уступая место более сложной, но и более многообещающей картине.
