Ученые подтвердили существование странной новой формы магнетизма. Скрываясь прямо у нас под носом, команда утверждает, что «альтермагнетизм» можно обнаружить в повседневных материалах и он может иметь важное технологическое применение.
Самая известная форма магнетизма – та, из-за которой ужасные рисунки ваших детей прикрепляются к холодильнику – это то, что называется ферромагнетизмом. Эффект возникает, когда все спины электронов в материале вращаются в одном направлении. Другая важная ветвь известна как антиферромагнетизм, которая возникает, когда спины электронов меняют направление относительно своих соседей. Другие формы включают диамагнетизм, парамагнетизм и ферримагнетизм, которые возникают из-за разных механизмов.
Но теперь была открыта совершенно новая форма магнетизма. Его назвали альтермагнетизмом, и он обладает странным сочетанием свойств других типов явления — его электроны вращаются в переменных направлениях, как в антиферромагнетиках, а это означает, что он не производит намагничивания. Но энергетические зоны материала также имеют чередующиеся спины соседних зон.
Альтермагнетизм был впервые предсказан в 2019 году, но теперь подтвержден в экспериментах на синхротроне Swiss Light Source (SLS). Первым альтермагнетиком стал теллурид марганца, который долгое время считался антиферромагнетиком, поскольку спины его электронов направлены в противоположных направлениях и он не имеет чистой намагниченности. Но в этом случае команда присмотрелась поближе с помощью рентгеновских лучей и обнаружила, что электронные полосы расщепляются на разные состояния спина – предсказанная особенность альтермагнетиков.
Диаграмма, иллюстрирующая различия между недавно открытым альтермагнетизмом и более традиционными ветвями ферромагнетизма и антиферромагнетизма. Либор Шмейкал
Хотя в последние годы были открыты и другие новые формы магнетизма, альтермагнетизм, возможно, является самой широкой новинкой и может иметь самые полезные применения, такие как сверхпроводимость и новая область науки, называемая спинтроникой. В электронике информация кодируется в заряде электронов, но спинтроника также кодирует данные в их спине. Ферромагнетики обычно обладают лучшими свойствами для экспериментов по спинтронике, но создаваемое ими магнитное поле может мешать соседним электронам. К счастью, антиферромагнетики не обладают чистым магнетизмом, поэтому их легче масштабировать и они более эффективны, но они также имеют более слабые спиновые эффекты для кодирования данных. Альтермагнетики, однако, могут предложить лучшее из обоих миров — они обладают сильными спиновыми эффектами, но без суммарного магнетизма. Долгое время такое сочетание считалось невозможным.
«Альтермагнетизм на самом деле не является чем-то очень сложным», — сказал Томаш Юнгвирт, главный исследователь исследования. «Это нечто совершенно фундаментальное, что десятилетиями было перед нашими глазами, но мы этого не замечали. И это не то, что существует только в нескольких малоизвестных материалах. Он существует во многих кристаллах, которые люди просто хранили в своих ящиках. В этом смысле теперь, когда мы обнародовали это, многие люди во всем мире смогут над этим работать, что дает потенциал для широкого воздействия».
Исследование было опубликовано в журнале Природа.
