Физики из США обнаружили признаки необычного магнитного состояния в слоистом материале Co₁/₄TaSe₂. Альтермагнетизм представляет собой форму магнетизма, которая сочетает некоторые полезные свойства ферромагнетиков и антиферромагнетиков. Ученые считают, что такие материалы в будущем могут найти применение в сверхбыстрой памяти и энергоэффективной электронике.
Интерес к альтермагнетизму связан с особенностями поведения электронов. В обычных ферромагнетиках магнитные моменты направлены в одну сторону и создают магнитное поле. У антиферромагнетиков противоположно направленные магнитные моменты в значительной степени компенсируют друг друга, поэтому внешние магнитные поля практически не возникают.
Однако у традиционных антиферромагнетиков отсутствуют некоторые электронные свойства ферромагнетиков. Альтермагнетики потенциально позволяют объединить преимущества обоих подходов.
Чтобы проверить наличие такого состояния в Co₁/₄TaSe₂, ученые изучили электронную структуру материала. Он относится к семейству переходных дихалькогенидов металлов — слоистых соединений, в которых атомы кобальта расположены между слабо связанными слоями.
Команда использовала фотоэлектронную спектроскопию с угловым разрешением (ARPES). Этот метод позволяет определить энергию и движение электронов и восстановить их электронную структуру. Ученые также применили спин-разрешенную ARPES, чтобы определить ориентацию спинов электронов.
Измерения показали характерное расщепление электронных зон. Затем с помощью спин-чувствительного метода физики обнаружили противоположные спиновые поляризации разделившихся состояний. Это стало ключевым признаком альтермагнетизма.
Ученые также установили, что соответствующее электронное состояние связано преимущественно с внутренней частью материала, а не только с его поверхностью. По их словам, это подтверждает наличие альтермагнитного порядка внутри Co₁/₄TaSe₂.
Физикам пока предстоит выяснить, почему именно в таких материалах возникает альтермагнетизм и при каких условиях он становится предпочтительным по сравнению с ферромагнитным или другими антиферромагнитными состояниями.
Практический интерес к открытию связан со спинтроникой — направлением, в котором для передачи информации используют не только электрический заряд, но и спин электронов. Альтермагнитные материалы могут проводить и обнаруживать спиновые токи без нежелательных внешних магнитных полей.
Ученые рассматривают такие материалы как потенциальную основу для сверхбыстрой памяти, терагерцевых сетей и энергоэффективной электроники. Поскольку слоистые материалы можно разделять на очень тонкие структуры, их также рассматривают для миниатюрных транзисторов и других электронных устройств.
Читайте также: