Onderzoekers hebben een theoretische route voorgesteld om altermagnetisme te creëren in conventionele antiferromagneten door middel van optische stimulatie. Deze ontdekking zou nieuwe mogelijkheden openen voor de ontwikkeling van geavanceerde spintronische toepassingen.
In een recent gepubliceerd wetenschappelijk document beschrijven onderzoekers een methode om altermagnetische toestanden te genereren via coherente controle van het kristalrooster. Altermagneten vormen een bijzondere klasse van magnetische materialen die kenmerken combineren van zowel ferromagneten als antiferromagneten. Ze beschikken over een gecompenseerde collinear magnetische orde, maar vertonen tegelijkertijd een spin-splitting die afhankelijk is van het momentum en niet-relativistisch van aard is.
De rol van symmetrie en fononen
Volgens de publicatie op arxiv.org hebben de auteurs, waaronder Jorge Cardenas-Gamboa en Jeroen van den Brink, gebruikgemaakt van symmetrie-analyse om te bepalen hoe de spindegeneratie van conventionele antiferromagneten kan worden opgeheven. De sleutel ligt in het induceren van specifieke roostervervormingen, ook wel fononen genoemd.
De onderzoekers identificeren geometrische chirale fononen als een veelbelovend pad. Door deze structurele chiraliteit te koppelen aan de magnetische eigenschappen, kan altermagnetisme worden opgewekt. Dit proces maakt gebruik van niet-lineaire fononiek, waarbij licht wordt ingezet om de structuur van het materiaal op ultrafast-snelheid te manipuleren.
Experimenteel prototype: Fe$_2$TeO$_6$
Om hun theorie te onderbouwen, hebben de wetenschappers het materiaal Fe$_2$TeO$_6$ als prototype gebruikt. In het onderzoek wordt aangetoond dat een lineair gepolariseerde mid-infraroodpuls een structurele instabiliteit kan veroorzaken. Dit gebeurt via een negatieve biquadratische koppeling tussen een infrarood-actieve fonon en een modus die normaal gesproken optisch stil is en de symmetrie doorbreekt.
De resultaten van de berekeningen, gebaseerd op eerste principes van roosterdynamica, onthullen de opkomst van een tijdelijke chirale vervorming. Tegelijkertijd bevestigen elektronische structuurberekeningen dat de door licht geïnduceerde structuur inderdaad de niet-relativistische spin-splitting vertoont die kenmerkend is voor altermagnetisme, zoals beschreven in de .
Implicaties voor de spintronica
De mogelijkheid om altermagnetische toestanden optisch te controleren is van groot belang voor de spintronica, een vakgebied dat zich richt op het gebruik van de spin van elektronen in plaats van enkel hun elektrische lading. Omdat altermagneten eigenschappen bezitten die zowel efficiënt zijn in termen van energie (zoals antiferromagneten) als functioneel in termen van spinmanipulatie, biedt deze nieuwe methode een route naar snellere en energiezuinigere elektronische componenten.
Het onderzoek, dat op 29 oktober 2026 werd ingediend bij , biedt hiermee een symmetrie-gestuurd kader voor de ultrafast optische controle van magnetische toestanden. Hoewel de studie zich richt op de theoretische en computationele onderbouwing, legt het de basis voor toekomstige experimentele validatie van licht-geïnduceerde chirale altermagneten.
De volledige details van de gebruikte methodologie en de resulterende data zijn opgenomen in het zeven pagina's tellende document op het platform .