Физики экспериментально подтвердили альтермагнетизм — третий тип магнетизма

Почти век физика магнетизма делилась на два класса: ферромагнетики и антиферромагнетики. Теперь, по данным исследователей, экспериментально подтверждён третий, промежуточный тип, которому дали название альтермагнетизм. Работу выполнила группа учёных из SLAC при Министерстве энергетики США.

Как устроен новый тип магнетизма

В обычном магните спины электронов выстраиваются в одном направлении, и материал получает общую намагниченность. В антиферромагнетиках спины чередуются и полностью компенсируют друг друга, поэтому суммарного магнитного поля нет. В альтермагнетиках картина такая же, но особое устройство кристаллической решётки позволяет электронам с противоположными спинами занимать разные электронные состояния. Благодаря этому материал способен создавать электрические токи со строго заданной ориентацией спинов.

Объектом исследования стал теллурид марганца, который раньше относили к обычным антиферромагнетикам. Учёные изучили его методом резонансного неупругого рассеяния рентгеновских лучей с круговой поляризацией. Свет с левой и правой поляризацией давал разный сигнал, то есть интенсивность зависела от направления поляризации. Это указывает на хиральность магнонов, то есть квантов коллективных колебаний магнитных моментов атомов. Режим, который авторы назвали хиральным альтермагноном, по их словам, согласуется с g-волновой симметрией, характерной для MnTe, и не укладывается в рамки стандартной теории антиферромагнетизма.

Почему инженеров интересует открытие

Практическая ценность связана со спинтроникой, направлением электроники, которое использует спин электронов для обработки и хранения данных. Ферромагнетики слишком чувствительны к внешним полям, а у антиферромагнетиков сложно считывать информацию. Альтермагнетики объединяют сильные стороны обоих классов: нулевая суммарная намагниченность обеспечивает стабильность, а спиновые токи позволяют быстро извлекать данные. Для разработчиков микросхем это дополнительный параметр управления.

Независимые результаты подтвердила группа под руководством Фора (Faure). Исследователи изучали фторид марганца (MnF₂) методом поляризованного нейтронного рассеяния и тоже зафиксировали разницу в интенсивности при противоположных направлениях поляризации, что также указывает на хиральность магнитных возбуждений. Два эксперимента с разными материалами и методами измерений дают основания считать явление устойчивым, хотя речь идёт о первых шагах, и до прикладных устройств ещё далеко.

По прогнозам авторов, материалы такого рода могут пригодиться в более быстрых и энергоэффективных запоминающих устройствах, квантовых технологиях и центрах обработки данных. Пока это перспектива: работы касаются фундаментальных свойств, а не готовых технологий.

По материалам: iXBT