Почти 100 лет физики знали о двух типах магнетизма — теперь их три

Почти столетие физики описывали два вида магнитного упорядочения в твёрдых телах: ферромагнетизм и антиферромагнетизм. В первом случае спины электронов ориентированы в одну сторону и создают общее магнитное поле. В антиферромагнетиках они направлены противоположно, поэтому суммарная намагниченность компенсируется.

Альтермагнетики тоже не обладают суммарной намагниченностью, но их кристаллическая структура создаёт для электронов с противоположными спинами разные состояния. Это позволяет формировать электрические токи с определённой ориентацией спинов. Учёные исследовали теллурид марганца, ранее относившийся к антиферромагнетикам.

Команда направляла на материал рентгеновские лучи с левой и правой круговой поляризацией. Метод резонансного неупругого рассеяния позволяет изучать магнитные возбуждения по изменению энергии фотонов после взаимодействия с веществом. Интенсивность сигнала менялась в зависимости от поляризации света. По словам исследователей, это указывает на хиральность магнонов — квантов коллективных колебаний магнитных моментов атомов.

Обнаруженный режим авторы назвали хиральным альтермагноном. Его спиновая поляризация зависит от импульса и согласуется с g-волновой симметрией теллурида марганца. Такое поведение нельзя объяснить стандартной теорией антиферромагнетизма; оно помогло выделить альтермагнетики в самостоятельный класс материалов.

Отдельная группа учёных под руководством Фора исследовала фторид марганца с помощью поляризованного нейтронного рассеяния. Разница в интенсивности рассеяния нейтронов с противоположными направлениями поляризации также указала на хиральность магнитных возбуждений. Два эксперимента использовали разные материалы и методы измерения.

Интерес к альтермагнетикам связан со спинтроникой, где для обработки и хранения данных используют спин электронов. Такие материалы сочетают нулевую суммарную намагниченность с возможностью генерировать спиновые токи. Это может дать инженерам дополнительный способ управления микросхемами. Среди возможных применений авторы называют более быстрые и энергоэффективные запоминающие устройства, квантовые технологии и центры обработки данных.