ほぼ1世紀の間、磁性の研究は、強磁性と反強磁性という2つの主要なタイプの二分法によって支配されてきました。従来の磁石に使用される強磁性体は、電子スピンが同じ方向を向いており、観測可能な磁場を生成します。一方、反強磁性体はスピンが交互に並んで互いに打ち消し合うため、正味の磁気効果は現れません。これら両方の性質は数十年にわたり十分に理解されてきましたが、研究者たちは最近、両方の特徴を併せ持つように見える「巧妙な」材料クラスを特定し、2022年に「アルターマグネティズム」という概念を提唱しました。
アルターマグネティズムは、結晶格子における特定の幾何学的構成によって区別されます。アルターマグネティズムは、反強磁性と同様の交互のスピンパターン（上・下・上・下）を維持しながらも、「上」向きのスピンを囲む結晶構造が「下」向きのスピンを囲む構造に対して回転しているという特徴があります。この対称性の破れにより、アルターマグネティズムは、通常は強磁性体のみが持つ特性である「スピン偏極電流を生成する能力」という独自の性質を備えることができます。反強磁性のゼロの正味磁化と強磁性の機能的有用性を組み合わせることで、アルターマグネティズムは次世代エレクトロニクスのための潜在的な中間地点を提供します。
決定的な証拠を提供するため、SLACおよびスタンフォード材料エネルギー科学研究所のDaniel Jost率いるチームは、テルル化マンガン（MnTe）を調査しました。研究者たちは、従来の反強磁性体には欠けている、材料の構造における「キラリティ（手性）」、つまり「右手・左手」の感覚を特定しようと試みました。欧州放射光施設（ESRF）において円偏光X線を使用したところ、チームは材料が左手系と右手系のビームを異なる形で散乱させることを観察しました。このキラリティのシグネチャーは、MnTeがアルターマグネティズムであることを確認し、この新しい磁性相に対する強固な実験的基盤を提供しました。これらの材料は、最終的に強磁性体よりも安定で、反強磁性体よりも読み取り可能なスピントロニクスデバイスの構築に使用される可能性があり、より高速で低消費電力のコンピューティングやデータセンター技術へとつながる可能性があります。
研究者たちは、欧州放射光施設において円偏光X線を使用し、材料のキラリティ・シグネチャーを観察した。