Американские физики обнаружили, что небольшое механическое давление способно резко менять магнитные свойства некоторых кристаллов и их электрический отклик. Открытие предлагает сравнительно простой способ управлять материалами, которые могут лечь в основу более быстрой и экономичной электроники.
Исследователи Ок-Риджской национальной лаборатории и Университета Райса изучили два необычных соединения, теллурид марганца (MnTe) и сульфид железа (FeS). Учёные поместили крошечные кристаллы между титановыми пластинами и слегка сжали. Даже небольшая деформация заметно изменила магнитное поведение образцов. Результаты двух экспериментов показали, что механическое воздействие может стать инструментом управления электрическими свойствами таких материалов.
Оба соединения относятся к альтермагнетикам, относительно новому классу магнитных материалов, сочетающему особенности двух привычных типов магнетизма. В обычных ферромагнетиках магнитные моменты атомов направлены преимущественно одинаково и создают общее магнитное поле. В антиферромагнетиках соседние магнитные моменты направлены противоположно и компенсируют друг друга. Альтермагнетики тоже могут иметь практически нулевую суммарную намагниченность, но благодаря особенностям кристаллической структуры по-разному влияют на электроны с противоположными спинами.
Такое сочетание особенно привлекает разработчиков спинтроники, где для хранения и обработки информации используют не только электрический заряд, но и спин электрона. Альтермагнетики потенциально позволяют управлять спин-зависимыми электрическими сигналами без сильного внешнего магнитного поля. Однако практическому применению мешает сложность управления внутренней магнитной структурой. В одном кристалле могут сосуществовать области с разной ориентацией магнитных моментов, поэтому сигналы отдельных областей частично компенсируют друг друга.
Чтобы разобраться в происходящем, физики использовали нейтронную дифракцию на установке Spallation Neutron Source в Ок-Ридже. Мощный поток нейтронов проходит через образец и рассеивается на его атомной и магнитной структуре. По характеру рассеяния исследователи определяют расположение магнитных моментов внутри вещества. Измерения показали, что направленное сжатие меняет соотношение магнитных доменов, то есть областей кристалла с определённой ориентацией магнитного порядка.
Особенно интересный результат принесло исследование теллурида марганца. В обычном состоянии материал содержит три типа магнитных доменов, ориентированных под углами 120 градусов друг к другу. Направленное механическое воздействие позволило выделить единственную доминирующую ориентацию и гораздо точнее определить магнитную структуру. Одновременно резко изменился аномальный эффект Холла, при котором протекающий через материал ток создаёт поперечное напряжение даже без внешнего магнитного поля.
В отдельных условиях исследователи смогли не просто усилить электрический отклик, но и поменять его знак. При температуре около 230 К, или минус 43 градусов Цельсия, изменение деформации позволяло обратить полярность поперечного напряжения. При этом температура магнитного фазового перехода оставалась прежней. Учёные связывают поведение материала с перестройкой электронной структуры под давлением. Получается, что механическое воздействие позволяет управлять электрическим сигналом, не разрушая основной магнитный порядок.
Второй эксперимент с сульфидом железа показал несколько иную картину. При сжатии кристалла исследователи наблюдали одновременное уменьшение слабой остаточной намагниченности и аномального эффекта Холла. Чем сильнее становилась деформация, тем слабее проявлялись оба сигнала. Нейтронные измерения подтвердили, что основная магнитная структура материала практически не менялась, хотя соотношение доменов становилось другим. Такая связь указывает на общие физические механизмы, определяющие магнитный и электрический отклик.
Причину необычного поведения сульфида железа ещё предстоит установить окончательно. Одна из гипотез связывает электрический отклик с геометрическими свойствами электронных состояний, которые физики описывают через кривизну Берри. Эксперимент не опровергает подобное объяснение, но показывает тесную связь аномального эффекта Холла с очень небольшой остаточной намагниченностью. Для теллурида марганца исследователи, напротив, считают изменение электронной структуры под действием деформации вероятной причиной переключения сигнала.
Практическая ценность работы заключается в возможности управлять магнитными свойствами без сильных внешних полей и существенного изменения магнитного порядка. Если подобный принцип удастся воспроизвести в миниатюрных электронных компонентах, альтермагнетики могут пригодиться для создания компактной памяти, магнитных датчиков и вычислительных устройств с меньшими энергозатратами. Отсутствие сильной суммарной намагниченности также потенциально позволит уменьшить нежелательное магнитное взаимодействие между соседними элементами микросхем.
Оба исследования опубликованы в августе 2026 года в журналах Physical Review X и Advanced Materials, а 27 октября Ок-Риджская лаборатория представила их объединённые результаты. Пока речь идёт о фундаментальных экспериментах с отдельными кристаллами, а не о готовой технологии производства микросхем. Учёным ещё нужно выяснить, насколько быстро, точно и многократно можно управлять магнитными состояниями с помощью деформации. Однако эксперименты уже подтвердили, что даже небольшое механическое усилие способно заметно менять электрическое поведение материалов, почти лишённых общей намагниченности.
