Dovezi experimentale ale altermagnetismului într-un material stratificat
O echipă condusă de Madhab Neupane, profesor de fizică la Universitatea Centrală din Florida, a identificat dovezi experimentale ale altermagnetismului în Co₁/₄TaSe₂, un material stratificat care conține atomi magnetici de cobalt. Rezultatele au fost publicate în revista Nature Communications.
Altermagnetismul este o formă emergentă de magnetism care combină caracteristici utile din două tipuri mai cunoscute: feromagnetismul și antiferomagnetismul. Feromagnetismul produce comportamentul asociat în mod obișnuit cu magneții de zi cu zi, prin alinierea momentelor magnetice în aceeași direcție. Antiferomagneții au momente magnetice orientate în direcții opuse, care se anulează reciproc, evitând câmpurile parazite, dar lipsindu-le unele proprietăți electronice utile.
Altermagneții pot evita producerea de câmpuri magnetice parazite și, în același timp, pot genera și detecta curenți de spin — mișcarea spinilor electronilor prin material — utili pentru electronica viitoare. „Aceste materiale se disting de antiferomagneții convenționali prin capacitatea de a genera și detecta curenți de spin fără efectul negativ al producerii de câmpuri parazite”, a declarat Neupane.
Pentru a determina dacă Co₁/₄TaSe₂ prezintă altermagnetism, cercetătorii au folosit spectroscopia de fotoemisie rezolvată unghiular (ARPES), care măsoară energia și mișcarea electronilor și cartografiază structura electronică a materialului. Au detectat o scindare caracteristică în benzile electronice, iar apoi, folosind ARPES rezolvată în spin, au constatat că stările scindate purtau polarizări de spin opuse — dovezi cheie ale altermagnetismului.
Măsurătorile de fotoemisie sunt extrem de sensibile la suprafața materialului, astfel că cercetătorii au avut nevoie de probe deosebit de curate. Colaboratorii au produs probe de înaltă calitate de Co₁/₄TaSe₂, iar echipa lui Neupane le-a verificat pentru suprafețe ultracurate înainte de a cartografia comportamentul electronic. „Semnificația a devenit clară odată ce măsurătorile experimentale s-au potrivit constant cu predicțiile noastre teoretice”, a spus Neupane.
Materialul este construit din straturi extrem de subțiri, slab legate între ele, ceea ce permite separarea și combinarea lor în structuri foarte fine. Această familie de materiale stratificate este cunoscută sub numele de dicalcogenuri ale metalelor de tranziție (TMD). În Co₁/₄TaSe₂, atomii magnetici de cobalt inserați între straturi contribuie la proprietățile magnetice neobișnuite, iar structura stratificată face materialul foarte reglabil.
Măsurătorile au arătat că starea electronică relevantă provine în principal din interiorul materialului, nu de la suprafață, și prezintă semnături clare ale ordinii altermagnetice. „Dovezile pentru altermagnetism într-o platformă de materiale versatilă deschid multe posibilități noi”, a declarat Milo Sprague, student doctorand și cercetător principal al studiului.
Electronica convențională se bazează pe sarcina electrică a electronilor pentru a transmite și procesa informația. Spinul electronilor este explorat ca o alternativă, în domeniul cunoscut sub numele de spintronică. Altermagneții ar putea fi deosebit de utili deoarece generează și detectează curenți de spin fără a produce câmpuri magnetice parazite care pot interfera cu componentele electronice dense.
Materialele stratificate sunt deja investigate pentru utilizarea în tranzistori extrem de mici și tehnologii optice. Altermagneții stratificați ar putea uni aceste domenii, oferind materiale extrem de subțiri și adaptabile, capabile să controleze spinul electronilor. „Dacă această abordare se dovedește viabilă, atunci altermagneții stratificați vor fi în fruntea dezvoltării electronice”, a spus Neupane.
Studiul oferă cercetătorilor un material cu care pot investiga numeroasele întrebări fără răspuns legate de altermagnetism. Oamenii de știință nu înțeleg pe deplin de ce se formează această stare magnetică neobișnuită, de ce poate deveni favorizată față de alte structuri magnetice posibile sau cum se comportă. Studiile teoretice sugerează că competiția dintre diferite interacțiuni ale electronilor ar putea determina ce stare magnetică se formează, dar cercetătorii încă lucrează pentru a stabili cât de complet descriu aceste teorii comportamentul materialelor reale.
