Po téměř celé století se magnetismus v učebnicích dělil hlavně na dva světy. Feromagnety, tedy běžné magnety známé z domácnosti i techniky, mají spiny elektronů seřazené stejným směrem. Antiferomagnety je naopak skládají proti sobě, takže se jejich magnetické působení navenek ruší. Jenže fyzika v posledních letech ukazuje, že mezi těmito dvěma kategoriemi může existovat ještě třetí, mimořádně zajímavá skupina.

Říká se jí altermagnety. A právě ty teď patří mezi největší témata materiálové fyziky. Mohly by totiž nabídnout rychlost antiferomagnetů, ale zároveň některé vlastnosti, díky nimž se feromagnety dobře využívají v elektronice. Jinými slovy, jde o kandidáta na materiály pro rychlejší a energeticky úspornější čipy.

Diamant jako citlivé oko fyziků

Tým kolem Jamira Marina z University at Buffalo navrhl způsob, jak altermagnety lépe poznat. Nejde zatím o hotový přístroj z laboratoře, ale o teoretický návrh popsaný ve studii v časopise Physical Review Letters. Autoři V. A. S. V. Bittencourt, Hossein Hosseinabadi, Jairo Sinova, Libor Šmejkal a Jamir Marino pracují s myšlenkou využít kvantový defekt v diamantu.

Takový defekt vzniká ve chvíli, kdy je jeden atom uhlíku v diamantové mřížce nahrazen dusíkem a vedle něj chybí další atom uhlíku. Vzniklá nedokonalost je extrémně citlivá na magnetické okolí. Pokud by se podezřelý materiál umístil blízko takového diamantu, vědci by mohli sledovat, jak se mění magnetický signál defektu a jak rychle se vrací do původního stavu.

Právě směr a rychlost této relaxace by podle výpočtů mohly prozradit, zda materiál nese typickou stopu altermagnetismu. Důležité je i to, že podobné měření by mělo být velmi jemné. Materiál by se nemusel silně narušovat, což je u tak citlivých jevů zásadní.

Proč na tom záleží 

Altermagnety jsou lákavé hlavně proto, že nemají výrazné celkové zmagnetování jako feromagnety, ale přesto mohou vykazovat elektronické vlastnosti, které připomínají feromagnetické materiály. To je zvláštní kombinace. V praxi by jednou mohla znamenat rychlejší přepínání stavů, účinnější přenos informace a menší spotřebu energie.

Myšlenka altermagnetismu se začala výrazněji prosazovat po roce 2019, kdy výpočty a pozorování kolem oxidu rutheničitého ukázaly chování, které nepasovalo čistě ani na feromagnety, ani na antiferomagnety. Libor Šmejkal a Jairo Sinova z Johannes Gutenberg University Mainz patří k fyzikům, kteří tento koncept pomohli formulovat.

Nová práce ale zároveň nepředstírá, že problém je vyřešený. Navržený diamantový senzor zatím existuje jako výsledek kvantových simulací a teoretického modelu. Teprve experimenty ukážou, zda bude možné touto metodou altermagnety skutečně spolehlivě rozpoznávat.