Šmejkalt M. C. Escher Horsesman című grafikája inspirálta, és ennek hatására olyan új mágneses szimmetriát képzelt el, amelyet a hagyományos elméletek nem tudtak megmagyarázni. Az altermágnesek – ellentétben a hétköznapi mágnesekkel – nem rendelkeznek mérhető mágneses térrel, mégis megtartják a hagyományos mágneses anyagok fontos kvantumtulajdonságait. A klasszikus ferromágnesek – amelyeket már az ókorban is ismertek – úgy működnek, hogy az atomok spinei (belső mágneses momentuma) ugyanabba az irányba rendeződnek, így jól érzékelhető mágneses mezőt hoznak létre. Az 1930-as években felfedezett antiferromágnesek ezzel szemben egymással ellentétes irányú spinekkel rendeződnek el, amelyek kioltják egymás hatását, és így nem eredményeznek külső mágneses mezőt.

Šmejkal ezt a képet gondolta tovább: mi történne, ha az ellentétes spinek 90 fokkal el is fordulnának a térben? Ez a különleges elrendezés a mágneses egyensúlyi állapot finom felborulásához vezet, amely lehetővé teszi az úgynevezett spinfelhasadást – egy olyan kvantumjelenséget, amely kulcsszerepet játszhat a jövő technológiáiban.

Az altermágnesek így hidat képeznek a ferromágnesek és az antiferromágnesek között: képesek ugyanis spinfelosztás létrehozni anélkül, hogy zavaró mágneses mező alakulna körülöttük ki – és éppen emiatt kiválóan alkalmasak a spintronikában való alkalmazásra. A spintronika a hagyományos elektromos töltés helyett az elektronok spinjét használja az információ tárolására, így egy újfajta, nagy teljesítményű számítástechnikát tesz lehetővé:

„Az altermágnesek képesek lehetnek ugyanazokra a funkciókra, mint a mai eszközök, de sokkal gyorsabban, kevesebb energiával és kisebb méretben” – mondja Šmejkal.

2024-ben jött az áttörés – ebben az évben Juraj Krempaský és munkatársai pontos elektronkövető módszerekkel sikeresen igazolták az altermágnesesség létezését mangán-telluridban. Azóta pedig a kutatók más potenciális altermágneses anyagokat is azonosítottak – például a ruténium-dioxidot –, valamint különböző technikákat dolgoztak ki mesterséges altermágneses állapotok létrehozására, például feszültség alkalmazásával vagy réteges anyagszerkezetek segítségével. Ennek ellenére a természetes altermágneses anyagok továbbra is praktikusabb választást jelentenek a jövőbeli alkalmazások szempontjából.

Szerencsére ilyenekből is akad nem kevés: a számítógépes modellezés szerint legalább 200 különböző anyag mutathat altermágneses viselkedést. Ezek új kapukat tárhatnak szélesre az energiahatékony, kompakt memória- és logikai eszközök fejlesztésében, amelyek alapjaiban változtathatják meg a számítástechnika jövőjét.

„Ez az első lépés afelé, hogy ezekből az anyagokból valóban használható technológiai megoldások szülessenek” – mondja Alfred Dal Din, a mangán-tellurid vizsgálatáról szóló 2024-es tanulmány egyik társszerzője.

Šmejkal azonban még itt sem állt meg. Most a mágnesesség egy negyedik formáját, az úgynevezett antialtermágnesességet vizsgálja, amely cikcakkos spin-mintázatot mutat. Ez az új típus az antiferromágneses rendszerek finomságát ötvözné a spintronikai alkalmazások szempontjából értékes tulajdonságokkal. Ha pedig ez az elmélet is beigazolódik, az nemcsak mágneses szimmetriák megértése miatt lesz fontos, hanem tovább bővítheti az anyagtudomány határait.

(Forrás: New Scientist, a cikkhez használt kép illusztráció, forrása: Pixabay/Engin_Akyurt)