Los científicos conocen desde hace mucho tiempo el ferromagnetismo y el antiferromagnetismo como dos clases de orden magnético de materiales. En 2019, investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) postularon una tercera clase de magnetismo, llamada altermagnetismo. Desde entonces, este altermagnetismo ha sido objeto de acalorados debates entre los expertos, y algunos han expresado dudas sobre su existencia.
Recientemente, un equipo de investigadores experimentales dirigido por el profesor Hans-Joachim Elmers del JGU pudo medir por primera vez en DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) un efecto que se considera una firma del altermagnetismo, proporcionando así evidencia de la existencia de este tercer tipo de magnetismo. Los resultados de la investigación se publicaron en Science Advances. .
Mientras que los ferroimanes, que todos conocemos por los imanes de nevera, tienen todos sus momentos magnéticos alineados en la misma dirección, los antiferroimanes tienen momentos magnéticos alternos. Por lo tanto, a nivel macroscópico, los momentos magnéticos de los antiferroimanes se cancelan entre sí, por lo que no hay ningún campo magnético externo, lo que causaría que los imanes de refrigerador hechos de este material simplemente se cayeran de la puerta del refrigerador.
Los momentos magnéticos en los alterimanes difieren en la forma en que están orientados. "Los altermagnetos combinan las ventajas de los ferromagnetos y los antiferroimanes. Sus momentos magnéticos vecinos son siempre antiparalelos entre sí, como en los antiferroimanes, por lo que no hay ningún efecto magnético macroscópico, pero, al mismo tiempo, exhiben una corriente polarizada por espín, tal como ferroimanes", explicó el profesor Hans-Joachim Elmers, jefe del grupo de Magnetismo del Instituto de Física de la JGU.
Las corrientes eléctricas suelen generar campos magnéticos. Sin embargo, si se considera un alterimán en su conjunto, integrando la polarización de espín en las bandas electrónicas en todas las direcciones, resulta evidente que el campo magnético debe ser cero a pesar de la corriente polarizada por espín. Si, por el contrario, se restringe la atención a aquellos electrones que se mueven en una dirección particular, la conclusión es que deben tener un espín uniforme.
"Este fenómeno de alineación no tiene nada que ver con la disposición espacial o con la ubicación de los electrones, sino sólo con la dirección de la velocidad de los electrones", añadió Elmers. Dado que la velocidad (v) multiplicada por la masa (M) es igual al momento (P), los físicos utilizan el término "espacio de momento" en este contexto. Este efecto fue predicho en el pasado por grupos teóricos de la JGU dirigidos por el profesor Jairo Sinova y el Dr. Libor Šmejkal.
"Nuestro equipo fue el primero en verificar experimentalmente el efecto", dijo Elmers. Los investigadores utilizaron un microscopio de impulso especialmente adaptado. Para su experimento, el equipo expuso una fina capa de dióxido de rutenio a rayos X. La excitación resultante de los electrones fue suficiente para su emisión de la capa de dióxido de rutenio y su detección.
Basándose en la distribución de velocidades, los investigadores pudieron determinar la velocidad de los electrones en el dióxido de rutenio. Y utilizando rayos X polarizados circularmente, incluso pudieron inferir las direcciones de giro.
Para su microscopio de impulso, los investigadores cambiaron el plano focal que normalmente se utiliza para la observación en los microscopios electrónicos estándar. En lugar de una imagen ampliada de la superficie de la película de óxido de rutenio, su detector mostró una representación del espacio de momento.
"Aparecen diferentes impulsos en diferentes posiciones del detector. Dicho de manera más simple, las diferentes direcciones en las que se mueven los electrones en una capa están representadas por los puntos correspondientes en el detector", dijo Elmers.
El altermagnetismo también puede ser relevante para la espintrónica. Esto implicaría utilizar el momento magnético de los electrones en lugar de su carga en la memoria dinámica de acceso aleatorio. Como resultado, la capacidad de almacenamiento podría aumentar significativamente.
"Nuestros resultados podrían ser la solución a un gran desafío en el campo de la espintrónica", sugirió Elmers. "Explotar el potencial de los alterimanes facilitaría la lectura de la información almacenada basada en la polarización del espín en las bandas electrónicas."
Más información: Olena Fedchenko et al, Observación de la ruptura de la simetría de inversión del tiempo en la estructura de bandas del RuO 2 altermagnetico, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adj4883
Información de la revista: Avances científicos
Proporcionado por la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia
