Altermagnetismo
Nella fisica della materia condensata, l'altermagnetismo è un tipo di stato magnetico persistente nei cristalli ideali.[1][2][3][4][5] Le strutture altermagnetiche sono collineari e compensate dalla simmetria cristallina, con conseguente magnetizzazione netta nulla.[1][5][6][7] A differenza di un normale antiferromagnete collineare, un altro stato magnetico con magnetizzazione netta nulla, le bande elettroniche in un altermagnete non sono degeneri di Kramer, ma dipendono invece dal vettore d'onda in modo dipendente dallo spin.[1] In relazione a questa caratteristica, osservazioni sperimentali chiave sono stati pubblicati nel 2024.[8][9] È stato ipotizzato che l'altermagnetismo possa avere applicazioni nel campo della spintronica.[6][10]
[11]
Struttura cristallina e simmetria
Nei materiali altermagnetici, gli atomi formano uno schema regolare con spin alternato e orientamento spaziale in siti magnetici adiacenti nel cristallo.[5][7]
Gli atomi con momento magnetico opposto sono in altermagneti accoppiati dalla rotazione del cristallo o dalla simmetria speculare.[1][5][6][7][8][9] L'orientamento spaziale degli atomi magnetici può provenire dalle gabbie circostanti di atomi non magnetici.[7][12] I sottoreticoli di spin opposti nel tellururo di manganese altermagnetico (MnTe) sono correlati dalla rotazione di spin combinata con la rotazione del cristallo di sei volte e la traslazione della cella di mezza unità.[7][8] Nel diossido di rutenio altermagnetico (RuO2), i sottoreticoli di spin opposti sono correlati da una rotazione del cristallo quadrupla.[7][9]
Struttura elettronica
Una delle caratteristiche distintive degli altermagneti è una struttura a bande specificamente spin-split[7] che è stata osservata per la prima volta sperimentalmente in un lavoro pubblicato nel 2024.[8] La struttura a bande altermagnetiche rompe la simmetria di inversione temporale come nei ferromagneti[7][12]
dove è l'energia, il vettore d'onda e lo spin, tuttavia, a differenza dei ferromagneti, non genera magnetizzazione netta. La polarizzazione altermagnetica dello spin si alterna nello spazio dei vettori d'onda e forma rispettivamente 2, 4 o 6 nodi degeneri di spin che corrispondono ai parametri , o wave.[7] Un altermagnete d-wave può essere considerato come la controparte magnetica di un superconduttore d-wave.[13]
La polarizzazione altermagnetica dello spin nella struttura a bande (diagramma vettoriale energia-onda) è collineare e non rompe la simmetria di inversione.[7] La scissione dello spin altermagnetico è pari, cioè:
.[7][8]
La rottura non convenzionale della simmetria di inversione temporale, la grande scissione di spin (di circa ) e l'effetto Hall anomalo sono stati previsti per la prima volta teoricamente[12] e confermati sperimentalmente nel diossido di rutenio.[14]
Materiali
L'evidenza sperimentale diretta della struttura a bande altermagnetiche nel tellururo di manganese semiconduttore e nel RuO2 metallico è stata pubblicata per la prima volta nel 2024.[8][9] Si prevede che molti altri materiali siano altermagneti, che vanno da isolanti, semiconduttori e metalli a superconduttori.[6][7] L'altermagnetismo è stato previsto nei materiali 3d e 2d[3][6] con elementi sia leggeri che pesanti e può essere trovato in strutture a bande non relativistiche e relativistiche.[7][8][12]
Proprietà
Gli altermagneti presentano un'insolita combinazione di proprietà ferromagnetiche e antiferromagnetiche e assomigliano notevolmente di più a quelli dei ferromagneti.[1][5][6][7] Segni distintivi di materiali altermagnetici come l'anomalo effetto Hall[12] sono stati osservati in precedenza[14][15] (ma questo effetto si verifica anche in altri sistemi magneticamente compensati come gli antiferromagneti non collineari).[16] Gli altermagneti mostrano anche proprietà uniche come correnti anomale e di spin che possono cambiare segno mentre il cristallo ruota.[17]
Note
- ^ a b c d e (EN) Altermagnetism—A New Punch Line of Fundamental Magnetism, su Physical Review X, 8 dicembre 2022, DOI:10.1103/physrevx.12.040002. URL consultato il 2 dicembre 2023.
- ^ (EN) Igor Mazin, Altermagnetism Then and Now, in Physics, vol. 17, 8 gennaio 2024, p. 4, DOI:10.1103/PhysRevX.12.031042.
- ^ a b (EN) Igor Mazin, Rafael González-Hernández e Libor Šmejkal, Induced Monolayer Altermagnetism in MnP(S,Se)$_3$ and FeSe, 5 settembre 2023. URL consultato il 15 febbraio 2024.
- ^ (EN) Alex Wilkins, The existence of a new kind of magnetism has been confirmed, su New Scientist, 14 febbraio 2024. URL consultato il 15 febbraio 2024.
- ^ a b c d e (EN) Zack Savitsky, Researchers discover new kind of magnetism, su Science.org. URL consultato il 16 febbraio 2024.
- ^ a b c d e f (EN) Libor Šmejkal, Jairo Sinova e Tomas Jungwirth, Emerging Research Landscape of Altermagnetism, in Physical Review X, vol. 12, n. 4, 8 dicembre 2022, pp. 040501, DOI:10.1103/PhysRevX.12.040501.
- ^ a b c d e f g h i j k l m n (EN) Libor Šmejkal, Jairo Sinova e Tomas Jungwirth, Altermagnetism: spin-momentum locked phase protected by non-relativistic symmetries, in Physical Review X, vol. 12, n. 3, 23 settembre 2022, pp. 031042, DOI:10.1103/PhysRevX.12.031042, ISSN 2160-3308 (WC · ACNP).
- ^ a b c d e f g (EN) J. Krempaský, L. Šmejkal, S. W. D’Souza, M. Hajlaoui, G. Springholz, K. Uhlířová, F. Alarab, P. C. Constantinou, V. Strocov, D. Usanov, W. R. Pudelko, R. González-Hernández, A. Birk Hellenes, Z. Jansa e H. Reichlová, Altermagnetic lifting of Kramers spin degeneracy, in Nature, vol. 626, n. 7999, febbraio 2024, pp. 517–522, DOI:10.1038/s41586-023-06907-7, ISSN 1476-4687 (WC · ACNP).
- ^ a b c d (EN) Olena Fedchenko, Jan Minár, Akashdeep Akashdeep, Sunil Wilfred D’Souza, Dmitry Vasilyev, Olena Tkach, Lukas Odenbreit, Quynh Nguyen, Dmytro Kutnyakhov, Nils Wind, Lukas Wenthaus, Markus Scholz, Kai Rossnagel, Moritz Hoesch e Martin Aeschlimann, Observation of time-reversal symmetry breaking in the band structure of altermagnetic RuO 2, in Science Advances, vol. 10, n. 5, 2 febbraio 2024, pp. eadj4883, DOI:10.1126/sciadv.adj4883, ISSN 2375-2548 (WC · ACNP).
- ^ (EN) Altermagnetism proves its place on the magnetic family tree, su ScienceDaily. URL consultato il 15 febbraio 2024.
- ^ Cos'è l'altermagnetismo, confermata l'esistenza di un terzo tipo di magnetismo che potrebbe rivoluzionare il settore dei computer, su Corriere della Sera, 2 marzo 2024. URL consultato il 30 marzo 2024.
- ^ a b c d e (EN) Libor Šmejkal, Rafael González-Hernández, T. Jungwirth e J. Sinova, Crystal time-reversal symmetry breaking and spontaneous Hall effect in collinear antiferromagnets, in Science Advances, vol. 6, n. 23, 5 giugno 2020, DOI:10.1126/sciadv.aaz8809.
- ^ (EN) Libor Šmejkal, Jairo Sinova e Tomas Jungwirth, Beyond Conventional Ferromagnetism and Antiferromagnetism: A Phase with Nonrelativistic Spin and Crystal Rotation Symmetry, in Physical Review X, vol. 12, n. 3, 23 settembre 2022, pp. 031042, DOI:10.1103/PhysRevX.12.031042.
- ^ a b (EN) Zexin Feng, Xiaorong Zhou, Libor Šmejkal, Lei Wu, Zengwei Zhu, Huixin Guo, Rafael González-Hernández, Xiaoning Wang, Han Yan, Peixin Qin, Xin Zhang, Haojiang Wu, Hongyu Chen, Ziang Meng, Li Liu, Zhengcai Xia, Jairo Sinova, Tomáš Jungwirth e Zhiqi Liu, An anomalous Hall effect in altermagnetic ruthenium dioxide, in Nature Electronics, vol. 5, n. 11, 7 novembre 2022, pp. 735–743, DOI:10.1038/s41928-022-00866-z.
- ^ (EN) R. D. Gonzalez Betancourt, J. Zubáč, R. Gonzalez-Hernandez, K. Geishendorf, Z. Šobáň, G. Springholz, K. Olejník, L. Šmejkal, J. Sinova, T. Jungwirth, S. T. B. Goennenwein, A. Thomas, H. Reichlová, J. Železný e D. Kriegner, Spontaneous Anomalous Hall Effect Arising from an Unconventional Compensated Magnetic Phase in a Semiconductor, in Physical Review Letters, vol. 130, n. 3, 20 gennaio 2023, DOI:10.1103/PhysRevLett.130.036702.
- ^ (EN) Satoru Nakatsuji, Naoki Kiyohara e Tomoya Higo, Large anomalous Hall effect in a non-collinear antiferromagnet at room temperature, in Nature, vol. 527, n. 7577, novembre 2015, pp. 212–215, DOI:10.1038/nature15723.
- ^ (EN) R. D. Gonzalez Betancourt, Libor <C5><A0>mejkal, Karel Vyborny, Yuta Yahagi, Jairo Sinova, Tomas Jungwirth e Jakub Zelezny, Efficient Electrical Spin Splitter Based on Nonrelativistic Collinear Antiferromagnetism, in Physical Review Letters, vol. 126, 26 marzo 2021, pp. 127701, DOI:10.1103/PhysRevLett.126.127701.
Voci correlate
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d8/Bar_magnet.jpg/25px-Bar_magnet.jpg)
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