Физики из Национальной ускорительной лаборатории SLAC в США экспериментально подтвердили существование третьего основного типа магнетизма – альтермагнетизма. Почти 90 лет науке были известны только два класса магнитных материалов: ферромагнетики и антиферромагнетики. Результаты исследования, опубликованные в журнале Science, могут привести к прорыву в вычислительной технике и электронике.
Альтермагнетики сочетают в себе ключевые свойства двух традиционных типов. Подобно антиферромагнетикам, в них соседние спины электронов направлены в противоположные стороны (вверх-вниз-вверх-вниз). Из-за этого материал не создаёт внешнего магнитного поля, что делает его устойчивым к помехам. При этом, как и ферромагнетики, альтермагнетики способны поддерживать спиновые токи – потоки электронов с упорядоченным спином, которые можно использовать для записи и считывания информации.
Ключевое отличие альтермагнетиков от обычных антиферромагнетиков заключается в их кристаллической структуре. Атомное окружение электронов со спином «вверх» повёрнуто относительно окружения электронов со спином «вниз». Эта асимметрия нарушает симметрию, свойственную антиферромагнетикам, и создаёт так называемую хиральность – свойство, когда объект и его зеркальное отражение несовместимы, как левая и правая рука.
Чтобы доказать существование нового магнитного состояния, учёные исследовали теллурид марганца (MnTe) – материал, который ранее считали обычным антиферромагнетиком. Эксперименты проводили на Европейском центре синхротронного излучения (ESRF) во Франции. Образец облучали циркулярно поляризованными рентгеновскими лучами с левым и правым вращением. Выяснилось, что материал по-разному рассеивает лучи с разной поляризацией, что и является прямым доказательством хиральности и, следовательно, альтермагнитной природы.
Открытие имеет большое значение для спинтроники – области, которая стремится использовать спин электрона наряду с его зарядом для создания более быстрых и энергоэффективных устройств. Ферромагнетики чувствительны к внешним полям, что угрожает сохранности данных, а из антиферромагнетиков информацию извлекать сложно. Альтермагнетики лишены этих недостатков: они стабильны, но при этом позволяют управлять спиновыми токами. Эта особенность может помочь в разработке новых систем памяти, квантовых устройств и более эффективных центров обработки данных.
