Впервые за 100 лет физики подтвердили существование третьего типа магнетизма
- Учёные SLAC экспериментально подтвердили альтермагнетизм — третий известный тип магнитного упорядочения после почти 100 лет изучения двух классов.
- В MnTe зависимость сигнала от поляризации рентгеновских лучей выявила хиральность магнонов; отдельный эксперимент с MnF₂ дал дополнительные свидетельства.
- Авторы связали свойства MnTe с g-волновой симметрией и показали, что стандартная теория антиферромагнетизма их не объясняет.
Почему это важно: Альтермагнетики могут генерировать спиновые токи и сочетать нулевую суммарную намагниченность с возможностью считывать информацию, что важно для спинтроники.
Физики впервые получили экспериментальное подтверждение альтермагнетизма — 3-го известного вида магнитного упорядочения в твёрдых телах. Открытие выполнено группой учёных из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) при Министерстве энергетики США. На протяжении почти 100 лет наука оперировала только двумя классами: ферро- и антиферромагнетиками. Новый тип занимает промежуточную позицию между ними и обладает уникальными свойствами, которые ранее оставались исключительно теоретическими предложениями.
Для демонстрации явления команда использовала теллурид марганца (MnTe), который ранее классифицировали как обычный антиферромагнетик. В традиционных магнитах спины электронов выстраиваются в одном направлении, создавая общее поле. В альтермагнетиках они чередуются, полностью компенсируя суммарную намагниченность, но особая кристаллическая структура позволяет материалу генерировать электрические токи со строгой ориентацией спинов. Это свойство стало ключом к идентификации нового состояния. Альтермагнетики также не имеют суммарной намагниченности, однако особенности их кристаллической структуры позволяют электронам с противоположными спинами формировать различающиеся электронные состояния.
В новой работе учёные изучили MnTe с помощью резонансного неупругого рассеяния рентгеновских лучей с круговой поляризацией. Метод позволяет исследовать магнитные возбуждения внутри материала, регистрируя изменения энергии рентгеновских фотонов после взаимодействия с ним. Команда использовала свет с левой и правой круговой поляризацией и обнаружила, что интенсивность регистрируемого сигнала зависит от направления поляризации.
Эта разница указывает на хиральность магнонов. Магноны — кванты коллективных колебаний магнитных моментов атомов, распространяющихся по материалу подобно волнам. В альтермагнетиках их свойства могут зависеть от направления вращения, что связано с симметрией магнитной структуры кристалла. Обнаруженный режим учёные назвали хиральным альтермагноном. Его зависимость спиновой поляризации от импульса согласуется с характерной для MnTe g-волновой симметрией. Данное явление невозможно объяснить в рамках стандартной теории антиферромагнетизма, что позволило авторам работы отделить альтермагнетизм в отдельный класс материалов.
Дополнительные свидетельства хиральности магнонов получила другая группа учёных под руководством Фора (Faure) и коллег. Они исследовали фторид марганца (MnF₂) методом поляризованного нейтронного рассеяния. Разница в интенсивности рассеяния нейтронов с противоположными направлениями поляризации также указала на хиральность магнитных возбуждений. Таким образом, два независимых эксперимента с разными материалами и методами измерения расширили экспериментальную базу изучения хиральных магнонов.
Практическое значение открытия связано со спинтроникой (направлением электроники, использующим спин электронов для обработки и хранения данных). Обычные ферромагнетики слишком чувствительны к внешним полям, а антиферромагнетики имеют ограничения при считывании информации. Альтермагнетики сочетают нулевую суммарную намагниченность, обеспечивающую абсолютную стабильность, с возможностью генерации спиновых токов для быстрого извлечения информации. Это даёт инженерам дополнительный параметр управления при проектировании микросхем.
В перспективе такие материалы могут найти применение в более быстрых и энергоэффективных запоминающих устройствах, квантовых технологиях и центрах обработки данных. Обнаружение хиральных магнонов добавляет ещё один инструмент управления магнитными возбуждениями и расширяет возможности использования альтермагнетиков в спинтронике.
© iXBT
