Учёные открыли первый в мире органический альтермагнетик

Коллектив учёных из Университета Тохоку в Японии совершил прорыв, способный изменить представления науки о магнетизме и спинтронных технологиях. Исследователям впервые удалось идентифицировать новый тип магнитного поведения, известный как «альтермагнетизм», в органическом материале. Для этого они применили специализированный оптический метод — магнито-оптический эффект Керра.

Объектом изучения выступило органическое соединение под сокращённым названием «k-Cl». Результаты эксперимента, опубликованные в журнале Physical Review Research, представляют собой первое прямое доказательство существования альтермагнитных свойств в органической системе. Это открытие расширяет известные границы магнитного поведения и открывает новые возможности для развития спинтроники.

Традиционно магниты делятся на два типа: ферромагнетики с сонаправленными спинами, создающими результирующее магнитное поле, и антиферромагнетики, где противоположные спины компенсируют друг друга, не создавая намагниченности. Ферромагнетики лежат в основе коммерческих технологий хранения данных, но их магнитные поля вызывают помехи и нагрев. Антиферромагнетики лишены этих недостатков, но их сложно применять из-за отсутствия чистой намагниченности.

Альтермагнетики, недавно открытый класс материалов, сочетают в себе черты обоих типов. В них нет суммарной намагниченности, но существует спин-разделённая электронная структура. Эта необычная конфигурация позволяет генерировать спонтанные спиновые токи и магнито-оптические эффекты даже при полностью антипараллельном расположении спинов.

Обнаружение альтермагнетизма в органическом кристалле k-Cl особенно значимо, поскольку доказывает, что сильное спиновое поведение может возникать без участия тяжёлых атомов или сильных спин-орбитальных взаимодействий, ранее считавшихся необходимыми для таких явлений.

Для обнаружения тонких магнитных признаков исследователи использовали метод магнито-оптической спектроскопии Керра. Поляризованный инфракрасный свет направлялся на поверхность образца, а отражённый свет анализировался на изменения вращения и эллиптичности — ключевых индикаторов магнитных взаимодействий внутри материала. Из-за сложной кристаллической структуры k-Cl учёные разработали продвинутый матричный математический подход для точного измерения взаимодействия материала со спиновыми токами в присутствии света.

Измерения выявили выраженные пики в оптическом спектре, указывающие на расщепление спиновых зон, которое невозможно объяснить лишь слабым спин-орбитальным взаимодействием. Наблюдаемые сигналы не были линейно связаны с приложенным магнитным полем, что соответствует теоретическим предсказаниям для альтермагнетиков, где реакции определяются симметрией спиновых arrangements и вектором Нееля, а не традиционными магнитными моментами.

Это открытие переносит органические материалы в новую категорию магнитных систем, опровергая устоявшееся мнение о необходимости использования неорганических материалов или элементов с тяжёлыми атомами для подобных свойств.

Перспективность открытия для будущих применений заключается в самой природе k-Cl как органического соединения. В отличие от традиционных магнитных материалов, органические кристаллы легки, гибки и химически настраиваемы. Демонстрация альтермагнитного поведения в такой системе открывает возможности для органической спинтроники, которая использует spin электронов для обработки и хранения информации вместо их заряда.

В будущем это может привести к созданию гибких магнитных элементов памяти и логических схем, работающих без громоздких ферромагнитных компонентов, а также спиновых сенсоров и платформ для квантовых вычислений. Органические альтермагнетики могут предложить более устойчивую и масштабируемую альтернативу традиционным материалам для хранения и обработки данных. Кроме того, настраиваемая молекулярная структура таких соединений позволит инженерам создавать магнитные свойства под конкретные задачи, что может привести к прорывам в носимой электронике, нейроморфных вычислениях и оптически управляемых спинтронных устройствах.

Исследователи утверждают, что представили одно из наиболее чётких на сегодня экспериментальных доказательств альтермагнетизма в органическом соединении. Если выводы подтвердятся, это откроет дорогу для дальнейшего изучения молекулярных материалов как платформ для спинтроники, топологических состояний и магнито-активной оптоэлектроники.

Источник: New-Science.ru https://new-science.ru/uchjonye-otkryli-pervyj-v-mire-organicheskij-altermagnetik/

физика органический_альтермагнетик спинтронные_технологии альтермагнетизм эффект_Керра