Οι αλτερμαγνήτες αποτελούν μια σχετικά νέα κατηγορία υλικών, στην οποία η συμμετρία αντιστροφής του χρόνου μπορεί να σπάει χωρίς να υπάρχει σημαντική συνολική μαγνήτιση. Αυτό τους καθιστά ιδιαίτερα ενδιαφέροντες για τη σπιντρονική, όπου η πληροφορία μεταφέρεται μέσω του κβαντικού σπιν των ηλεκτρονίων.
Ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Pengcheng Dai στο Rice University μελέτησε το εξαγωνικό τελλουρίδιο του μαγγανίου, MnTe, και διαπίστωσε ότι η ηλεκτρική του συμπεριφορά μπορεί να ελεγχθεί μέσω μηχανικής παραμόρφωσης.
Το πρόβλημα των μαγνητικών περιοχών
Σε έναν αλτερμαγνήτη, τα αντίθετα σπιν μπορούν να αλληλοαναιρούνται σε μεγάλο βαθμό, αφήνοντας ελάχιστη καθαρή μαγνήτιση. Ωστόσο, το υλικό μπορεί να χωριστεί σε διαφορετικές μαγνητικές περιοχές, γνωστές ως domains, με διαφορετικούς προσανατολισμούς.
Η συνύπαρξη αυτών των περιοχών μπορεί να δημιουργεί αλληλοεπικαλυπτόμενα σήματα και να δυσκολεύει την παρατήρηση και τον έλεγχο της πραγματικής μαγνητικής κατάστασης.
Το σήμα Hall αποκαλύπτει τη μαγνητική κατάσταση
Οι ερευνητές αξιοποίησαν το ανώμαλο φαινόμενο Hall, κατά το οποίο εμφανίζεται εγκάρσια τάση όταν διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα από ένα μαγνητικό υλικό. Το φαινόμενο μπορεί να αποκαλύψει πληροφορίες για την εσωτερική μαγνητική δομή χωρίς να απαιτείται εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.
Στο MnTe, η ομάδα παρατήρησε αυθόρμητο ανώμαλο φαινόμενο Hall, επιβεβαιώνοντας ότι η αντιστροφή του χρόνου παραβιάζεται παρά την εξαιρετικά μικρή συνολική μαγνήτιση.
Η παραμόρφωση αντιστρέφει την πολικότητα
Το σημαντικότερο εύρημα προέκυψε όταν οι ερευνητές τέντωσαν το υλικό προς μία συγκεκριμένη κατεύθυνση. Η μηχανική παραμόρφωση ευνόησε μία από τις μαγνητικές περιοχές, επιτρέποντας την καθαρότερη παρατήρηση της μαγνητικής δομής.
Παράλληλα, η προσεκτική μεταβολή της παραμόρφωσης μπορούσε να αντιστρέψει πλήρως το πρόσημο του σήματος Hall, αλλάζοντας δηλαδή την πολικότητά του χωρίς να διαταράσσεται η βασική μαγνητική τάξη.
Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι μεταβολή της παραμόρφωσης μόλις κατά 1% μπορεί να προκαλέσει επίδραση συγκρίσιμη με μεταβολή της θερμοκρασίας κατά περίπου 150 βαθμούς.
Το αποτέλεσμα δείχνει έναν πρακτικό τρόπο ελέγχου αλτερμαγνητικών υλικών και δημιουργεί προοπτικές για αισθητήρες και σπιντρονικές συσκευές που θα ελέγχονται μέσω μηχανικής παραμόρφωσης.
