4
Экспериментальное открытие альтермагнетизма открывает путь к созданию сверхбыстрой и энергоэффективной спинтронной памяти без паразитных магнитных полей
Физики впервые получили экспериментальные доказательства альтермагнетизма — третьего известного типа магнитного порядка в твердых телах. Это открытие сделано группой ученых из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) при Министерстве энергетики США. На протяжении почти ста лет наука опиралась только на два класса: ферро- и антиферромагнетики. Новый тип занимает промежуточное положение между ними и обладает уникальными свойствами, которые ранее оставались исключительно теоретическими концепциями.
Для демонстрации данного явления команда использовала теллурид марганца (MnTe), который раньше классифицировался как обычный антиферромагнетик. В традиционных магнитах спины электронов располагаются в одном направлении, создавая общее магнитное поле. В альтермагнетиках они чередуются, полностью компенсируя суммарную намагниченность, но специфическая кристаллическая структура позволяет материалу генерировать электрические токи со строгой ориентацией спинов. Это свойство стало ключом к выявлению нового состояния. Альтермагнетики также не имеют суммарной намагниченности, однако особенности их кристаллической структуры позволяют электронам с противоположными спинами формировать различные электронные состояния.
В новой работе ученые исследовали MnTe с помощью резонансного неупругого рассеяния рентгеновских лучей с круговой поляризацией. Этот метод позволяет изучать магнитные возбуждения внутри материала, фиксируя изменения энергии рентгеновских фотонов после их взаимодействия с ним. Команда использовала свет с левой и правой круговой поляризацией и обнаружила, что интенсивность зарегистрированного сигнала зависит от направления поляризации.
Эта разница указывает на хиральность магнонов. Магноны — кванты коллективных колебаний магнитных моментов атомов, которые распространяются по материалу подобно волнам. В альтермагнетиках их свойства могут зависеть от направления вращения, что связано с симметрией магнитной структуры кристалла. Обнаруженный режим ученые 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 выделить альтермагнетизм в отдельный класс материалов.
Дополнительные доказательства хиральности магнонов получила другая группа ученых под руководством Фора (Faure) и коллег. Они изучали 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 различными материалами и методами измерения расширили экспериментальную базу для изучения хиральных магнонов.
Практическое значение открытия связано со спинтроникой (областью электроники, использующей спин электронов для обработки и хранения данных). Обычные ферромагнетики слишком чувствительны к внешним полям, а антиферромагнетики имеют ограничения в процессе считывания информации. Альтермагнетики сочетают нулевую суммарную намагниченность, обеспечивающую абсолютную стабильность, с возможностью генерации спиновых токов для быстрого извлечения информации. Это предоставляет инженерам дополнительный параметр управления при проектировании микросхем.
В будущем такие материалы могут быть использованы в более быстрых и энергоэффективных запоминающих устройствах, квантовых технологиях и центрах обработки данных. Обнаружение хиральных магнонов добавляет еще один инструмент управления магнитными возбуждениями и расширяет возможности применения альтермагнетиков в спинтронике.
Источник