Обнаружение скрытого магнетизма альтермагнетиков

Новости сегодня - Обнаружение скрытого магнетизма альтермагнетиков

Альтермагнетики — это недавно открытый класс антиферромагнетиков, магнитная структура которых ведет себя совершенно иначе, чем в обычных системах. В обычных антиферромагнетиках подрешетки связаны простой инверсией или трансляцией, что приводит к спин-вырожденным электронным полосам. В альтермагнетиках же они связаны нетрадиционными симметриями, такими как вращения или винтовые оси. Этот сдвиг симметрии нарушает спиновое вырождение, позволяя возникать спин-поляризованным электронным токам даже при отсутствии суммарной намагниченности.

Это уникальное свойство делает альтермагнетики перспективными кандидатами для спинтронных технологий — области электроники, которая использует собственный спин электронов, а не только их заряд, для хранения и обработки информации. Поскольку спины могут очень быстро менять направление, материалы, допускающие спин-зависимые токи, могут позволить создавать более быстрые и энергоэффективные электронные устройства.

Трудности в идентификации альтермагнитных материалов

Однако подтвердить, действительно ли материал обладает альтермагнетизмом, сложно. Даже в отношении хорошо изученных кандидатов, таких как диоксид рутения , исследователи до сих пор расходятся во мнениях относительно того, проявляет ли он альтермагнетизм. Эта неопределенность подчеркивает необходимость экспериментальных методов, способных непосредственно выявлять магнитное расположение подрешеток в альтермагнетических соединениях.

Теперь профессор Петер Крюгер из Высшей школы инженерных наук и Центра исследований молекулярной хиральности Университета Тиба в Японии разработал способ, позволяющий наконец обнаружить эту скрытую магнитную структуру.

Новый метод обнаружения с использованием RPED

Используя метод резонансной фотоэлектронной дифракции (RPED) в сочетании с циркулярно поляризованным светом, он обнаружил, что альтермагнетики создают уникальный сигнал «магнитного кругового дихроизма (CD)» в своих дифракционных картинах — сигнал, который меняет знак при изменении направления световой волны.

Этот отклик напрямую выявляет намагниченность каждой отдельной подрешетки, делая видимой скрытую альтермагнитную структуру.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

«Я разработал новый метод измерения магнитных свойств этих новых материалов, в частности, ориентации и величины атомных магнитных моментов. С помощью этого метода становится возможным обнаружение альтермагнетизма в наноструктурированных материалах, особенно в тонких пленках, где традиционные методы, такие как рассеяние нейтронов, не работают», — говорит профессор Крюгер.

Как работает новая технология

Этот метод основан на рентгеновской магнитной круговой дихроизме (XMCD), которая измеряет, как магнитные атомы по-разному поглощают рентгеновские лучи с левой и правой круговой поляризацией. Однако XMCD, как правило, не подходит для альтермагнетиков, поскольку магнитные моменты на подрешетках A и B равны и противоположны по знаку, что приводит к взаимному взаимному подавлению их сигналов.

Метод CD-RPED решает эту проблему, объединяя XMCD с фотоэлектронной дифракцией (PED). PED работает за счет выбивания электронов с помощью рентгеновских лучей; по мере того, как эти электроны вылетают, они рассеиваются на соседних атомах, создавая уникальную дифракционную картину для каждого атомного узла.

Настраивая энергию рентгеновского излучения на резонанс магнитного атома, интенсивность дифракционной картины становится чувствительной к направлению локального магнитного момента. В результате картины, создаваемые лево- и правополяризованным светом, различаются, что придает каждой подрешетке свою собственную магнитную сигнатуру.

Проверка достоверности и перспективы на будущее

Метод был проверен с использованием теллурида марганца, хорошо известного альтермагнетика. Анализ выявил поворот дифракционной картины на 180 градусов при противоположных круговых поляризациях, что привело к появлению четкого сигнала дихроизма, подтверждающего способность предложенного метода обнаруживать альтермагнетический порядок.

«Мы показали, что возникновение магнитной КД в RPED является прямым следствием XMCD на каждой магнитной подрешетке и того факта, что в альтермагнетике две подрешетки обязательно имеют различные картины PED», — говорит профессор Крюгер.

Этот прорыв позволяет однозначно идентифицировать альтермагнетизм на поверхностях, границах раздела и в тонких пленках — системах, где обычные магнитные зонды часто оказываются неэффективными. В перспективе ожидается, что возможность определения альтермагнетического порядка на атомном уровне ускорит поиск новых альтермагнетических материалов и будет способствовать развитию будущих спинтронных технологий.

Новости партнеров: