Перспективный метод электрического переключения альтермагнетизма

(a) Кристаллическая структура двухслойного MnTe. (b) Чтение/запись устройства на основе двухслойного MnTe. Автор: Чен и др.

Возможность переключать магнетизм, то есть изменять ориентацию магнитных моментов материала, используя только электричество, может открыть новые перспективы для эффективного хранения данных в жёстких дисках и других магнитных запоминающих устройствах. Хотя электрическое переключение магнетизма давно является важной исследовательской целью, до сих пор его реализация оставалась сложной задачей.

Исследователи из Южного университета науки и технологий (SUSTech) в Китае и Пекинского университета под руководством профессоров Хайчжоу Лу и С. С. Се недавно продемонстрировали электрическое переключение особой формы магнетизма, известной как альтермагнетизм, который был впервые открыт в 2022 году.

Их статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters, может иметь важные последствия для разработки новых технологий на основе альтермагнитных материалов, которыми можно управлять с помощью электрических токов без необходимости во внешних магнитных полях.

«Управление магнетизмом с помощью только электричества — это давняя проблема, имеющая большое значение для промышленных применений, таких как высокоёмкое и энергоэффективное хранение данных», — пояснил Июань Чен, ведущий автор исследования.

В 2022 году учёные открыли новый тип магнетизма — альтермагнетизм, характеризующийся нулевой намагниченностью, защищённым симметрией расщеплением спинов и уникальными симметрийными свойствами, влияющими на поведение электронов. Поскольку переключение других основных форм магнетизма с помощью электрических токов ранее оказалось сложным, Чен и его коллеги решили попробовать переключить именно альтермагнетизм.

Ключевым требованием для переключения магнитной конфигурации материала является нарушение симметрии чётности (инвариантности системы при инверсии пространственных координат). Они обнаружили, что материал, естественным образом нарушающий эту симметрию, — это двухслойный теллурид марганца (MnTe), альтермагнитное соединение, состоящее из атомов Mn и Te, особенно когда они расположены в порядке Te-Mn-Te-Mn-Te.

Для демонстрации электрического переключения альтермагнетизма в таких образцах исследователи использовали комбинацию методов анализа, вычислительной физики и компьютерного моделирования. Результаты оказались многообещающими, указывая на то, что этот материал может стать платформой для переключения магнетизма без магнитных полей.

«Мы используем анализ симметрии, расчёты из первых принципов и моделирование магнитной динамики с уравнением Ландау-Лифшица-Гильберта», — объяснил Чен. «Наша работа открывает новое направление для устройств хранения информации и вдохновит дальнейшие исследования необычных форм магнетизма».

Исследование может способствовать разработке новых решений для хранения данных и электроники на основе альтермагнитных материалов, управляемых электрически.

Дополнительная информация: Yiyuan Chen et al, Electrical Switching of Altermagnetism, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/zm5y-vy41