Гончар пытается измерить толщину стенки кувшина, но каждый раз вместе с толщиной прибор показывает ещё и кривизну сосуда. Примерно так живут физики, изучающие квантовые материалы: две ключевые геометрические характеристики — квантовая метрика (мера «расстояния» между квантовыми состояниями) и кривизна Берри (мера их «закрученности») — почти всегда идут рука об руку. Разделить их в эксперименте крайне трудно.
Новая работа предлагает элегантный выход. Авторы обратились к d-волновым альтермагнетикам — кристаллам с особым магнитным порядком, где спины соседних атомов выстроены в шахматном порядке. В таких материалах, как показали расчёты, кривизна Берри исчезает полностью, словно гончар наконец-то взял идеально прямой цилиндр. Остаётся только квантовая метрика, и её можно «пощупать» с помощью света.
Идея такова: на кристалл направляют линейно поляризованный свет с частотой, далёкой от резонанса. Световое поле слегка «встряхивает» электроны, и энергетические зоны смещаются. В обычных магнетиках этот сдвиг вызван и метрикой, и кривизной Берри. Но в d-волновом альтермагнетике кривизна равна нулю, и весь эффект — чисто метрический. Более того, из-за анизотропии кристалла (электроны по-разному прыгают между орбиталями $d_{xz}$ и $d_{yz}$) метрика оказывается разной для двух типов электронных долин. Свет поляризацией «выбирает», какую долину сдвинуть сильнее, и возникает разность энергий — долинная поляризация, которую можно измерить.
Измерив сдвиг энергий с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с разрешением по спину (spin-resolved ARPES) или сверхбыстрой оптической накачки-зондирования, можно напрямую вычислить квантовую метрику. Так d-волновые альтермагнетики становятся первой «чистой» платформой, где метрику удаётся отделить от кривизны Берри, управлять ею поляризацией света и считывать результат через долинную поляризацию — словно гончар наконец-то измерил толщину стенки, не отвлекаясь на изгибы сосуда.
Квантовая метрика определяет минимальную возможную ширину энергетических зон в изоляторах, а в сверхпроводниках она связана с максимальной температурой перехода.
В романе «Анафем» Нила Стивенсона квантовые состояния манипулируют через геометрию многомерных пространств — чем-то похоже на управление долинами светом в альтермагнетиках.