Американские физики предложили новый метод для выявления альтермагнетиков – недавно открытого класса материалов, перспективных для создания более быстрой и энергоэффективной электроники. Теоретическое описание подхода, основанного на квантовом сенсоре, опубликовано в журнале Physical Review Letters.
До недавнего времени наука выделяла лишь два основных типа магнитов: привычные ферромагнетики, которые используют в быту, и антиферромагнетики. В первых спины электронов сонаправлены, что создаёт внешнее магнитное поле. Во вторых спины соседних атомов направлены в противоположные стороны, из-за чего их магнитные свойства компенсируют друг друга. Альтермагнетики, концепцию которых предложили в 2019 году, занимают промежуточное положение.
Их суммарная намагниченность равна нулю, как у антиферромагнетиков. Однако из-за особого расположения атомов в кристалле электроны в них ведут себя так, как это свойственно ферромагнетикам. Такое сочетание свойств позволяет объединить быстрое переключение состояний, характерное для антиферромагнетиков, с более простым управлением электронными свойствами, как у ферромагнетиков.
Для поиска таких материалов группа из Университета в Буффало предлагает использовать квантовый сенсор на основе микроскопического дефекта в кристалле алмаза. Этот дефект образован атомом азота и соседней с ним вакансией – отсутствующим атомом углерода. Он чрезвычайно чувствителен к внешним магнитным полям. По задумке учёных, алмаз с таким дефектом нужно расположить вблизи исследуемого образца, затем задать определённое направление спину дефекта и измерить, как быстро он возвращается в исходное состояние.
Предполагается, что в альтермагнетиках со сложной структурой атомных спинов скорость этого процесса будет зависеть от изначальной ориентации спина сенсора. Если в одних направлениях релаксация происходит быстрее, чем в других, это может служить признаком альтермагнетизма. Важное преимущество метода в том, что он почти не воздействует на изучаемый образец, в отличие от многих существующих методик.
Авторы подчёркивают, что их разработка пока существует только в виде теоретической модели, которая требует экспериментального подтверждения. По оценкам, к классу альтермагнетиков могут относиться более 200 известных соединений – вдвое больше, чем всех изученных ферромагнитных материалов. Успешная проверка нового метода упростит их идентификацию и приблизит создание электроники нового поколения.
