Исследователи под руководством профессора физики UCF Мадхаба Неупане обнаружили экспериментальные признаки альтермагнетизма в слоистом материале Co1/4TaSe2. Результаты могут помочь в создании электронных устройств, использующих не только электрический заряд, но и спин электронов — их внутреннее свойство, связанное с направлением вращения.
Обычная электроника передаёт и обрабатывает данные за счёт движения электрического заряда. Спинтроника, то есть направление электроники, работающее со спинами электронов, рассматривает возможность передачи информации с помощью спиновых токов. Такой подход потенциально способен ускорить вычисления и снизить энергопотребление.
Альтермагнетизм сочетает особенности двух известных типов магнитного порядка. В ферромагнетиках магнитные моменты направлены одинаково и создают общее магнитное поле, однако побочные поля могут мешать работе соседних компонентов, особенно в компактных устройствах. В антиферромагнетиках моменты ориентированы противоположно и взаимно компенсируются, но такие материалы лишены некоторых электронных свойств, полезных для технологий.
Альтермагниты, как предполагают учёные, способны не создавать нежелательных побочных полей и одновременно формировать и регистрировать спиновые токи. В заявлении, переданном ScienceDaily, Неупане отметил: «Эти материалы отличаются от более обычных антиферромагнетиков способностью создавать и обнаруживать спиновые токи без негативного эффекта в виде побочных полей». По его словам, это делает их перспективными для спинтроники, сверхбыстрых устройств памяти, терагерцевых сетей и энергоэффективной электроники.
Чтобы проверить наличие альтермагнетизма, команда изучила поведение электронов в Co1/4TaSe2 с помощью фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением, известной как ARPES. Метод позволяет определить энергию и движение электронов, а также восстановить электронную структуру вещества. Сначала исследователи зафиксировали расщепление энергетических уровней, а затем с помощью спин-разрешённой ARPES установили, что разделившиеся состояния имеют противоположные спиновые поляризации — характерный признак альтермагнетизма.
Для точных измерений потребовались высококачественные образцы с исключительно чистой поверхностью, поскольку фотоэмиссионные методы чувствительны даже к небольшим загрязнениям. Материал состоит из очень тонких слабо связанных слоёв, которые можно разделять и объединять в сверхтонкие структуры; магнитные атомы кобальта между слоями определяют его необычные свойства. По словам ведущего аспиранта проекта Майло Спрага, такая изменяемая платформа позволит изучать нерешённые вопросы теории альтермагнетизма, включая взаимодействие спин-поляризованных электронных состояний с другими магнитными явлениями.