Фізики вперше підтвердили існування третього типу магнетизму

Фізики отримали перше експериментальне підтвердження альтермагнетизму — третього типу магнітного впорядкування в твердих тілах. До цього наука майже сто років оперувала лише двома класами: феромагнетиками та антиферромагнетиками. Відкриття зробила група вчених із Національної прискорювальної лабораторії SLAC при Міністерстві енергетики США.

Альтермагнетики займають проміжне місце між двома відомими типами. Як і в антиферромагнетиків, спіни електронів у них чергуються й повністю компенсують одне одного — сумарна намагніченість дорівнює нулю. Проте особлива кристалічна структура матеріалу дозволяє генерувати електричні струми зі строгою орієнтацією спінів, що раніше вважалося неможливим для антиферромагнетиків.

Для дослідження вчені обрали телурид мангану, який раніше класифікували як звичайний антиферромагнетик. Матеріал вивчали методом резонансного непружного розсіювання рентгенівських променів із круговою поляризацією. Коли дослідники освітлювали зразок світлом із лівою та правою поляризацією, інтенсивність зареєстрованого сигналу щоразу відрізнялася — і саме ця різниця стала ключовим доказом.

Відмінність у сигналах вказала на хіральність магнонів — квантів колективних коливань магнітних моментів атомів, що поширюються матеріалом подібно до хвиль. В альтермагнетиках властивості магнонів залежать від напрямку обертання, що пов’язано із симетрією кристала. Виявлений режим учені назвали хіральним альтермагноном, а його поведінку неможливо пояснити в рамках стандартної теорії антиферромагнетизму.

Незалежне підтвердження отримала інша група під керівництвом Фора. Вони досліджували фторид мангану методом поляризованого нейтронного розсіювання й також виявили хіральність магнітних збуджень. Два незалежні експерименти з різними матеріалами й різними методами вимірювань суттєво зміцнили доказову базу нового явища.

Практичне значення відкриття насамперед пов’язане зі спінтронікою — напрямом електроніки, що використовує спін електронів для обробки та зберігання даних. Звичайні феромагнетики надто чутливі до зовнішніх полів, антиферромагнетики мають обмеження при зчитуванні інформації. Альтермагнетики поєднують нульову сумарну намагніченість, що забезпечує стабільність, із можливістю генерувати спінові струми для швидкого зчитування — а це додатковий інструмент для інженерів при проєктуванні мікросхем.

У перспективі нові матеріали можуть застосовуватися у швидших та енергоефективніших пристроях пам’яті, квантових технологіях і центрах обробки даних. Виявлення хіральних альтермагнонів розширює можливості керування магнітними збудженнями й відкриває новий напрям досліджень, який ще кілька років тому існував виключно в теорії.