Магнетизм материалов обусловлен специфическим спонтанным расположением магнитных моментов (спинов) электронов и содержащих их атомов в кристаллах. Известно два типа магнитных материалов: ферромагнитные и антиферромагнитные. Для первых характерен макроскопический магнетизм, определяющийся одним направлением спинов. Материалы второго типа ввиду чередующихся противоположных направлений спинов не обладают таким свойством.
Прочие типы магнетизма вроде диамагнетизма и парамагнетизма проявляются как реакции на внешнее магнитное поле, не являясь результатом магнитной упорядоченности структуры.
Ферромагнетики были открыты еще в древности, антиферромагнетики известны с первой половины прошлого века.
В 2019 г. сотрудниками Чешской академии наук и Университета Майнца была выдвинута гипотеза, окончательно сформулированная в 2022 г., о существовании третьего типа магнитных материалов – альтермагнетиков. По расположению спинов они аналогичны антиферромагнетикам, в связи с чем также не обладают макроскопическим магнетизмом. Однако ввиду связи спинов вращательной симметрией, в отличие от антиферромагнетиков с трансляционной или инверсионной симметрией, они формируют электронную зонную структуру с сильной спиновой поляризацией, меняющую направление при прохождении через энергетические зоны материала. По свойствам альтермагнетики ближе к ферромагнетикам.
Ученые обнаружили более 200 материалов, потенциально обладающих таким типом магнетизма, включая металлы, изоляторы, полупроводники и сверхпроводники.
Исследование международной группы, проведенное под руководством Чешской академии наук совместно с Институтом Пауля Шеррера, было нацелено на доказательство третьего типа магнетизма. Экспериментальная работа была основана на демонстрации спиновой симметрии. В качестве метода использовалась фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением. Она проявила спиновое вырождение Крамерса – расщепление электронных зон, соответствующих разным спиновым состояниям. Исследование проведено на образце кристалла теллурида марганца.
Выбранный материал на основе структуры магнитных моментов считался антиферромагнетиком. Однако в ходе эксперимента он проявил повышенное спиновое вырождение Крамерса, характерное для ферро- и альтермагнетиков.
Открытие имеет важное как теоретическое, так и практическое значение. Оно вносит вклад в понимание физики конденсированного состояния и открывает новый взгляд на нетрадиционную сверхпроводимость. С практической точки зрения большой интерес вызвала даже гипотеза о существовании альтермагнетиков. Такие материалы считаются очень перспективными в информационных технологиях, а именно в спинтронике.
