Атомы кобальта, тантала и селена обозначены синим, зеленым и серым цветами соответственно
При ферромагнетизме магнитные моменты, крошечные магнитные поля составляющих материал частиц, выстраиваются в одном направлении и создают более сильное магнитное поле. Это классическая схема с северным и южным полюсами, знакомая вам по магнитам на вашем холодильнике. Однако в таких материалах возникают паразитные магнитные поля, которые могут мешать работе компьютерных микросхем и другой электроники.
При антиферромагнетизме магнитные моменты направлены в противоположные стороны и компенсируют друг друга, поэтому у материала в целом нет ни северного, ни южного полюса.
Если бы нам удалось объединить лучшее из обоих миров, например, в универсальном и тонком материале, он мог бы оказаться весьма полезен в мире постоянно уменьшающихся электромагнитных технологий. Именно это, как сообщают учёные, им удалось сделать, получив новые экспериментальные свидетельства «альтермагнетизма», недавно обнаруженного типа магнетизма, в имеющем слоистую структуру материале с множеством потенциальных применений.
В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, группа физиков вырастила кристаллы материала Co₁/₄TaSe₂. Чтобы соединить компоненты в пригодный для экспериментов материал, их пришлось «запекать» при температуре свыше 900°С на протяжении двух недель.
Чтобы подтвердить альтермагнетизм, исследователи использовали метод квантового моделирования и фотоэмиссионную спектроскопию с угловым разрешением (ARPES). В последней на материал направляют пучок света, который выбивает из него электроны, после чего учёные могут определить их энергию и направление движения. Так исследователи получили энергетическую зонную структуру материала, своего рода карту того, в каких состояниях его электроны могут и не могут находиться.
Они обнаружили расщепление зон, причём расщеплённые состояния имели противоположную спиновую поляризацию, то есть различались направлением спина элементарных частиц. Условно частицы могут иметь спин, направленный «вверх» или «вниз». Разумеется, электроны на самом деле не вращаются, как Земля вокруг своей оси. Скорее речь идёт о математически определяемом угловом моменте. Однако это важнейшее квантовое свойство, и исследователи показали, что материал Co₁/₄TaSe₂ разделяет электронные состояния в зависимости от их спина. Такое сочетание свойств может сделать этот легко настраиваемый материал прекрасной средой для исследования загадок магнетизма.
«Свидетельства альтермагнетизма в столь универсальной материальной платформе открывают множество новых возможностей», говорит Майло Спраг, физик‑экспериментатор из Университета Центральной Флориды и ведущий автор исследования. «Сейчас в теории альтермагнетизма идёт много дискуссий о том, как спин‑поляризованные электронные состояния взаимодействуют с другими магнитными явлениями. Теперь у нас есть материал, который мы можем легко модифицировать, чтобы исследовать эти новые вопросы».
Источник: habr.com