Altermagnetismul, confirmat experimental: a treia formă de magnetism
Fizicienii au recunoscut zeci de ani doar două tipuri de magnetism care apar în materiale fără influență externă: feromagnetismul și antiferomagnetismul. Un studiu publicat în revista Science oferă acum o dovadă experimentală concludentă pentru o a treia fază magnetică, numită altermagnetism.
„În ultimii ani, oamenii de știință au observat fenomene care nu se încadrează clar în dihotomia feromagnetism–antiferomagnetism”, a explicat Daniel Jost, autor principal al studiului și cercetător asociat la SLAC și la Institutul Stanford pentru Știința și Ingineria Materialelor și Energiei. „Cercetătorii au strâns dovezi ale unui al treilea tip de magnetism care îmbină calitățile acestor două clase. Credem că rezultatele noastre oferă o confirmare experimentală solidă că această a treia fază — altermagnetismul — este reală.”
Feromagnetism, antiferomagnetism și noul tip de magnetism
În feromagneți, toți spinii electronici sunt orientați în aceeași direcție, ceea ce creează un câmp magnetic observabil. Antiferomagneții, descoperiți în 1933, au spini alternanți care se anulează reciproc, fără efect magnetic net. În ultimii ani, cercetătorii au observat materiale care par să combine trăsături ale ambelor clase: o configurație alternantă a spinilor, fără magnetizare netă, dar cu capacitatea de a folosi curenți de spin. În 2022, aceste materiale au fost denumite „altermagneți”.
Explicația propusă de cercetători este o răsucire geometrică: rețeaua cristalină din jurul spinilor „în sus” este rotită față de cea din jurul spinilor „în jos”. Această rupere de simetrie ar putea sta la baza comportamentului lor neobișnuit.
Chiralitatea, piesa lipsă din puzzle
„Până în 2024 existau factori care pledau puternic pentru realitatea altermagnetismului, dar lipsea încă o piesă”, a spus Jost. Piesa lipsă era dovada experimentală a chiralității — așa-numita „îndemânare” a materialului, care nu poate fi suprapus peste imaginea sa în oglindă, la fel cum o mână stângă nu se potrivește într-o mănușă dreaptă.
Echipa a investigat chiralitatea în telurura de mangan (MnTe), considerată antiferomagnetică zeci de ani. Materialul a fost dus la Instalația Europeană de Radiație Sincrotronică din Franța, unde cercetătorii au împrăștiat raze X polarizate circular. „Materialele chirale împrăștie diferit fasciculele polarizate stânga față de cele polarizate dreapta”, a explicat Jost. „Materialele non-chirale ar împrăștia fiecare fascicul la fel.” Comparația a scos la iveală un semnal chiral clar, care nu ar trebui să existe într-un antiferomagnet convențional. „Această semnătură chirală ne-a oferit terenul experimental solid pentru a spune că altermagnetismul formează o clasă de sine stătătoare”, a spus Jost. Experimentul inițial a fost finalizat în 2024, iar echipa l-a repetat la începutul lui 2025, confirmând rezultatele.
Implicații pentru spintronică
Descoperirea are implicații majore pentru spintronică, domeniu în care cercetătorii folosesc spinul polarizat al materialelor magnetice pentru a proiecta electronice de generație nouă. Dispozitivele spintronice ar putea fi mai rapide, mai robuste și ar putea reduce semnificativ consumul de energie în centrele de date.
„Feromagneții sunt prea ușor influențați de câmpurile magnetice”, a explicat Jost. „Antiferomagneții rezolvă problema, dar sunt practic invizibili — nu poți citi ușor datele stocate în ei.” „Altermagneții le combină pe cele mai bune dintre ambele: au magnetizare netă zero, deci sunt stabili, dar pot genera curenți polarizați după spin, necesari pentru extragerea informației”, a adăugat el. Cercetările viitoare vor explora controlul stărilor altermagnetice cu lumină și electricitate, pentru aplicații în tehnologiile cuantice, dispozitivele de memorie și centrele de date.
