В продължение на десетилетия учените признаваха само два основни вида магнити. Първият са добре познатите на всички феромагнетици, които се използват в магнитите на хладилника ви и в безброй устройства от ежедневието. Вторият са антиферомагнетиците, чиито магнитни свойства са скрити на атомно ниво, но привличат все по-голям интерес поради потенциала си в областта на авангардните технологии.

Наскоро изследователи идентифицираха и трета категория – алтермагнетици. Предложени за първи път през последното десетилетие, тези материали могат да съчетават някои от най-полезните характеристики както на феромагнетиците, така и на антиферомагнетиците, като потенциално отварят пътя към по-бърза и енергийно ефективна електроника.

Сега физици от Университета в Бъфало предложиха нов подход към квантовото сондиране, който може значително да улесни идентифицирането на алтермагнетиците. Предложеният от учените метод се основава на наблюдението как предполагаемият алтермагнетик въздейства върху миниатюрен магнитен дефект в съседен диамант. Наблюдавайки как с течение на времето магнитният сигнал на дефекта се отпуска, изследователите ще могат да установят характерните признаци на алтермагнетизма.

„Това може да се превърне в първия градивен елемент на ново поколение експерименти, които ще определят дали даден материал е алтермагнетик. Алтермагнетиците биха могли напълно да революционизират начина на предаване на информация, но за да потвърдим тази елегантна теория се нуждаем от експерименти, които да идентифицират алтермагнетиците и да потвърдят, че те се държат така, както предсказват учените.“

казва съавторът на изследването Джамир Марино, доктор по философия и доцент в катедрата по физика на Университета в Бъфало

Идеята за алтермагнетизма възниква през 2019 година, когато изследователи в Майнц се сблъскват с поведение, което не може да бъде обяснено нито с феромагнетизъм, нито с антиферомагнетизъм. Техните изчисления показаха, че рутениевият диоксид не би трябвало да притежава обща намагнитеност, както антиферомагнетикът. При въздействието на електрически ток обаче той се държеше по-скоро като феромагнетик. Този неочакван резултат доведе до разработването на концепцията за алтермагнетизма.

В обикновените магнити атомите и техните електронни спинове обикновено се подреждат в относително прости модели. При феромагнетиците съседните електронни спинове са насочени в една посока, създавайки външно магнитно поле. Антиферомагнетиците работят по различен начин: съседните спинове са насочени в противоположни посоки и техните магнитни ефекти взаимно се неутрализират. Алтермагнетиците заемат междинно положение. Подобно на антиферомагнетиците, тяхната обща намагниченост се нулира. Въпреки това разположението на атомите вътре в материала кара електроните да се държат по начин, който обикновено е характерен за феромагнетиците.

Изследователи вече съобщават за експериментални признаци на алтермагнетизъм в няколко материала. Теоретичните изследвания показват, че този клас може да бъде много по-широк: над 200 материала потенциално могат да бъдат алтермагнетици. Това е повече от два пъти повече от броя на известните феромагнитни материали.

За да помогне за идентифицирането на тези кандидати, екипът от Бъфало разработи свой собствен метод за квантово сондиране. Подходът се основава на използването на диамант, съдържащ микроскопичен магнитен дефект, образуван от азотен атом и липсващ съседен въглероден атом. Тези дефекти са изключително чувствителни към близката магнитна активност. В предложените експерименти изследователите ще завъртат магнитния спин на дефекта в различни посоки и ще измерват колко бързо той се релаксира. Ако релаксацията протича по-бързо в едни посоки, отколкото в други, това поведение може да разкрие сложни спинови конфигурации, предсказани за алтермагнетиците. Важно предимство на метода е, че той ще бъде по-малко разрушителен в сравнение с много от съществуващите методи за изследване на магнитни материали.

„Ефективната идентификация на алтермагнитните материали е решаваща стъпка по пътя към тяхното реално приложение в електрониката. Алтермагнетиците биха направили предаването на информация радикално по-ефективно. Това би позволило да се намалят размерите на технологиите и да се понижи тяхното енергопотребление.“

заключават учените