Experimenty uskutočnené v synchrotróne nielenže potvrdili teoretickú predpoveď, ale navyše išlo o prvé pozorovanie tohto javu na svete.
Štruktúra MnTe s vyznačenými magnetickými momentmi mangánových atómov (červenou). Cirkulárny dichroizmus je rozdielna absorpcia ľavotočivo a pravotočivo polarizovaného žiarenia. Zdroj: AV ČR. Autor: Jan Kuneš, Masarykova univerzita v Brne
Pohlcovanie svetla pri altermagnete, teda navonok nemagnetickom materiáli, prvýkrát pozorovali a opísali vedci z Masarykovej univerzity v Brne, Akadémie vied Českej republiky (AV ČR), Metropolitnej univerzity v Osake a Nottinghamskej univerzity. Článok o prelomovom experimente publikovali v časopise Physical Review Letters.
Pozoruhodný objav
Pozorovanie vedcov znie takmer ako pokus z hodiny fyziky: zoberiete altermagnet, dáte ho pod röntgen, meníte polarizačný filter a pozorujete, ako materiál pohlcuje svetlo. Ide pritom o prelomový experiment, ktorého výsledkom je pozoruhodný objav.
Zvláštnosť, ktorá je prejavom magnetizmu navonok nemagnetického materiálu, tzv. altermagnetu, sa podarilo predpovedať už pred niekoľkými mesiacmi. Nedávno sa ho podarilo odborníkom potvrdiť aj experimentálne.
Altermagnety, ktoré identifikovali vedci Fyzikálneho ústavu AV ČR, by sa vďaka svojim vlastnostiam mohli v budúcnosti uplatniť napríklad pri výrobe čipov a elektroniky.
Magnetický cirkulárny dichroizmus
Opísaný jav, ktorý sa nazýva magnetický cirkulárny dichroizmus, je založený na tom, že pohlcovanie svetla sa líši v závislosti od polarizácie použitého svetla. Bežne sa tento jav využíva na štúdium obvyklého magnetizmu (feromagnetov).
Jedinečnosť nového objavu spočíva v tom, že teraz bol dichroizmus prvýkrát pozorovaný pri materiáli, ktorý je navonok nemagnetický a ktorého všetky magnetické momenty sú rovnobežné, konkrétne pri altermagnete tvorenom tenkou vrstvou teluridu mangánu (MnTe). O svojom výskume a pozorovaní informoval medzinárodný tím vedcov v časopise Physical Review Letters.
Prísľub vyššej rýchlosti procesov
„Kým pri feromagnete smerujú magnetické momenty jednotlivých atómov rovnakým smerom, pri altermagnete sa ich orientácia strieda, takže sa navonok materiál javí ako nemagnetický,“ vysvetľuje základný rozdiel Jan Kuneš z Ústavu fyziky kondenzovaných látok Prírodovedeckej fakulty Masarykovej univerzity v Brne.
Altermagnety sú materiály, ktoré podľa vedcov predstavujú nádejnú platformu napríklad pre novú generáciu pamäťových zariadení a ich priemyselnú výrobu. Nie sú citlivé na rušivé magnetické polia, samy žiadne rušivé polia nebudia. „Mohli by mať veľmi praktické využitie, napríklad pri výrobe čipov, ktoré by boli odolnejšie proti magnetickému poľu a možnému znehodnoteniu,“ zamýšľa sa Jan Kuneš. Takzvané spintronické nanosúčiastky založené na altermagnetoch by potom mohli priniesť prvky s výrazne vyššou rýchlosťou procesov. To, že pri spintronike nejde len o teórie, naznačuje už jej využitie napríklad pri čítacích (snímacích) hlavách niektorých elektronických zariadení alebo v pamätiach typu MRAM.
Experimentálne pozorovanie dichroizmu nadviazalo na teoretickú predpoveď a kvantovomechanický výpočet závislosti od vlnovej dĺžky použitého röntgenového žiarenia, ktorý uskutočnil Atsushi Hariki z Metropolitnej univerzity v Osake. „Spektrálnu závislosť tohto javu možno považovať za akýsi odtlačok prsta magnetického usporiadania,“ hodnotí svoje vysoko presné modely japonský teoretik.
Aby mohli vedci experimentálne potvrdiť svoje výpočty a teórie, pripravili na Nottinghamskej univerzite tenké vrstvy MnTe a v ultravysokom vákuu ich previezli takmer 200 kilometrov do britského národného laboratória synchrotrónového röntgenového zariadenia Diamond Light Source neďaleko Oxfordu.
Experiment potvrdil teóriu
Zariadenie synchrotrón si môžeme predstaviť ako kruh s obvodom stoviek metrov, v ktorom možno urýchľovať elektróny na rýchlosť blízku rýchlosti svetla. Vtedy vzniká intenzívne žiarenie, napríklad röntgenové. Tomuto žiareniu vystavili fyzici vrstvu teluridu mangánu a postupne menili vlnovú dĺžku zariadenia. Následne merali rozdiely v absorpcii pravotočivo a ľavotočivo polarizovaného svetla.
„Keď sa signál v spektrách vynoril zo šumu pozadia, pozoruhodne dobre súhlasil s teoretickou predpoveďou,“ opisuje výsledok experimentu britský fyzik Kevin Edmonds z Nottinghamskej univerzity. „Experimenty uskutočnené v synchrotróne nielenže potvrdili teoretickú predpoveď, ale navyše predstavujú svetovo prvé pozorovanie tohto javu,“ objasňuje význam objavu fyzik Jan Kuneš z Masarykovej univerzity v Brne, spoluautor teoretickej časti výskumu.
Vedci z Fyzikálneho ústavu AV ČR sa v posledných rokoch venovali štúdiu lineárneho dichroizmu v teluride mangánu. Ten môže byť prítomný vo všetkých typoch magnetov. Nedávno však zistili, že telurid mangánu patrí do rodiny altermagnetov, ktoré vykazujú javy predtým prisudzované len feromagnetom, a to vrátane cirkulárneho dichroizmu.
„Vďaka kombinácii lineárneho a cirkulárneho dichroizmu teraz môžeme určiť magnetické usporiadanie vo vzorkách z teluridu mangánu pomocou röntgenového mikroskopu s nanometrovým rozlíšením. V spojitosti s magnetmi, ktoré nebudia magnetické pole a ktoré sú v prírode oveľa bežnejšie ako feromagnety, sa nám tak otvára celkom nová možnosť ich podrobného mikroskopického štúdia,” uviedli Karel Výborný a Tomáš Jungwirth z Fyzikálneho ústavu AV ČR. Potvrdená teoretická predpoveď dichroizmu teda umožní mikroskopickú materiálovú diagnostiku napríklad budúcich spintronických nanosúčiastok založených na altermagnetoch.
Zdroj: TS AV ČR
(zh)
