Vidět znamená věřit. Altermagnetismus dokazují první mikroskopické snímky

Vědcům z Fyzikálního ústavu AV ČR se podařil další významný krok ve výzkumu fenoménu zvaného altermagnetismus. Magnetické uspořádání v jednom z altermagnetů dokázaly první přímé mikroskopické snímky. Výsledky přelomové studie uveřejnil v prosinci vědecký časopis Nature. „Vynaložené úsilí se vyplatilo, protože vidět znamená věřit,“ říká koordinátor týmu Tomáš Jungwirth. Prezentované snímky představují milník, který by měl iniciovat rozsáhlý experimentální výzkum altermagnetů a vývoj zařízení IT budoucnosti.

Pražští výzkumníci spolupracovali na aktuální studii se svými kolegy z Velké Británie, Švédska, Švýcarska a Německa. Použitá mikroskopie s vysokým rozlišením je dostupná pouze na nejmodernějších měřicích zařízeních na synchrotronech a kromě experimentálních dovedností vyžaduje přípravu vysoce kvalitních vzorků a detailní teoretické znalosti altermagnetismu. 

Mikroskopické snímky znázorňují uspořádání střídajících se severních a jižních magnetických pólů v krystalu teluridu manganatého (MnTe). Tento materiál věda dříve považovala za antiferomagnet, protože magnetická pole na sousedních atomech manganu míří opačně a kolem materiálu nevytvářejí vnější magnetické pole.

Vědci ale na synchrotronu naměřili tzv. pásové struktury (mapy, které se používají k popisu vlastnosti elektronů v krystalech), s jejichž pomocí dokázali, že navzdory absenci vnějšího magnetického pole jsou elektronické stavy v MnTe silně spinově rozštěpené.

Ukázalo se, že škála a tvar spinového štěpení neodpovídají ani antiferomagnetu, ani feromagnetu, ale patří do nové, altermagnetické větve magnetických materiálů. (Více o tomto objevu ve studii z února 2024 taktéž v časopise Nature, případně v tiskové zprávě).

„V aktuálním článku náš tým se spolupracovníky ukazuje mikroskopické obrazy uspořádání střídajících se severních a jižních magnetických pólů v MnTe v reálném prostoru,“ dodává Dominik Kriegner z Fyzikálního ústavu AV ČR. Vědci tak přinesli důkaz altermagnetismu přímou mikroskopickou metodou, která navazuje na zmíněný předchozí článek.

Nový svět pro IT technologie
Magnetizace ve feromagnetech nabízí řadu fyzikálních jevů, které se používají mimo jiné pro výrobu vestavěných paměťových bitů v pokročilých integrovaných obvodech. Spintronická technologie doplňuje polovodičové bity v procesorových čipech. Altermagnetická spintronická zařízení mají potenciál řádově zvýšit výkon a snížit energetickou náročnost současných informačních technologií budoucnosti.

Před vlastními experimentálními objevy zveřejnil od roku 2020 tým z Fyzikálního ústavu AV ČR spolu se svými spolupracovníky sérii článků teoreticky identifikujících a popisujících novou větev altermagnetických materiálů. Kromě spintroniky upoutala předpověď altermagnetismu pozornost v mnoha oborech fyziky kondenzovaných látek, přičemž za poslední dva roky vědci z celého světa zveřejnili více než pět set studií navazujících na původní práce týmu z Fyzikálního ústavu AV ČR.

Letošní vědecké články vědců z Fyzikálního ústavu AV ČR a jejich kolegů o altermagnetismu:

Amin, O.J., Dal Din, A., Golias, E. et al. Nanoscale imaging and control of altermagnetism in MnTe. Nature 636, 348–353 (2024). doi.org/10.1038/s41586-024-08234-x

Krempaský, J., Šmejkal, L., D’Souza, S.W. et al. Altermagnetic lifting of Kramers spin degeneracy. Nature 626, 517–522 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06907-7

Text: Leona Matušková, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, s využitím tiskové zprávy AV ČR
Foto: René Volfík (Fyzikální ústav AV ČR), Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Na úvodní fotografii jsou Libor Šmejkal z Univerzity Johannese Gutenberga, Peter Wadley z Nottinghamské univerzity a Tomáš Jungwirth z Fyzikálního ústavu AV ČR

Text a fotografie označená CC jsou uvolněny pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• Epileptický záchvat nepřichází vždy zčistajasna, říká Jaroslav Hlinka
• V Praze odstartovala největší mezinárodní konference o materiálovém modelování
• Z čeho se skládá kosmické záření? Napoví přelomová metoda českého fyzika
• Tuk je možné vydolovat i z tisíce let staré keramiky, říká Veronika Brychová
• Svérázná říše umělé inteligence. Máme se jako lidstvo bát, nebo být nadšení?
• Přelomové datování. První lidé přišli do Evropy už před 1,4 milionu let
• Přitažlivá nepřitažlivost. Vědci experimentálně potvrdili novou formu magnetismu
• Krása neviditelného krystalu. Jak se zkoumá skrytý svět atomů a molekul
• Planetky neboli asteroidy: jak pomáhají vědcům při dobývání a výzkumu vesmíru
• Nová krystalografická metoda pomůže ve vývoji léků i rychlejších počítačů