«Нам впервые удалось соединить фотонику с разработкой альтермагнитных материалов, одним из передовых направлений в физике конденсированных сред. Мы создали магнитофотонный кристалл, который представляет собой аналог коллинеарного магнита и при этом обладает альтермагнитными свойствами. Это открывает дорогу для создания фотонных спинтронных устройств, для работы которых их не нужно будет намагничивать», — говорится в исследовании.
Данное открытие совершила группа сингапурских и китайских физиков под руководством профессора Национального университета Сингапура Цю Чэнвэя при изучении возможных форм и свойств так называемых альтермагнитных материалов. Их существование было предсказано физиками-теоретиками в 2022 году, и только два года назад ученым удалось экспериментально подтвердить их существование в опытах с пленками из марганца и теллура.
Данные материалы, как объясняют ученые, похожи по структуре на шахматную доску, чьи черные и белые клетки занимают атомы с противоположными магнитными характеристиками. Благодаря этому альтермагнитные материалы сочетают в себе особенности двух уже известных форм магнитных структур — ферромагнетиков и антиферромагнетиков, в которых соседние атомы обладают одинаковыми или противоположными свойствами.
Световая платформа для изучения альтермагнетизма
В теории, схожесть альтермагнетиков с ферромагнетиками и антиферромагнетиками позволяет использовать их для создания различных спиновых устройств — электроники будущего, в которой информация будет передаваться при помощи магнитных характеристик электронов, а не импульсов электричества. На практике этому мешало то, что свойствами уже открытых альтермагнитных материалов было очень сложно манипулировать.
Исследователи выяснили, что этой проблемы лишены созданные ими фотонные кристаллы, представляющие собой набор из повторяющихся узоров из полных и половинчатых цилиндров из аналогов природного минерала граната. Взаимодействия частиц света с этими «столбиками» и с соседними с ними постоянными магнитами меняют свойства фотонов таким образом, что они ведут себя так, как будто они находятся внутри альтермагнитного материала.
Как отмечают исследователи, последующие опыты с этими фотонными кристаллами помогут ученым быстро отработать технологии, необходимые для создания спинтронных устройств на базе альтермагнитных материалов, а также всесторонне изучить физические свойства этой формы магнетизма. Это приблизит человечество к разработке полноценной замены для существующей электроники, потребляющей постоянно растущую долю электроэнергии в мире, подытожили физики.