В 2022 году физики описали новый тип магнетизма — альтермагнетизм. В нём электроны с разным направлением вращения (спином) разделяются по энергии в зависимости от направления движения, как бегуны, которые на одной дорожке ускоряются, а на другой замедляются. Но спин — не единственная степень свободы у частиц.
В свежей работе исследователи показали: если заменить спин на родственную характеристику — эта-псевдоспин, который описывает пары электронов в сверхпроводниках, — то альтермагнетизм проявится и там. Для этого они применили преобразование, открытое ещё в 1970-х японским физиком Хироюки Шибой. Оно связывает модели с отталкиванием и притяжением частиц — как переводчик, который пересказывает одну и ту же историю на другом языке. В итоге обычный антиферромагнетизм превращается в эта-антиферромагнетизм с равномерной сверхпроводящей «склейкой» пар и волнами зарядовой плотности.
Но главный сюрприз ждал в более сложных решётках. Когда авторы добавили анизотропные перескоки на вторых соседей, вырождение эта-псевдоспина снялось — и возник эта-альтермагнетизм. В зависимости от симметрии решётки (шахматной или сотовой) расщепление энергии принимало форму волн разного типа: p-волны, d-волны и даже f-волны. Расчёты методом Хартри-Фока-Боголюбова подтвердили эти узоры.
Такой «парный» альтермагнетизм можно было бы обнаружить по особенностям туннельного тока или рассеяния нейтронов. Если эксперименты подтвердят теорию, это даст новый класс квантовых материалов, где сверхпроводимость и магнитный порядок переплетены на фундаментальном уровне.
Термин «альтермагнетизм» появился лишь в 2022 году, хотя предсказания таких материалов делались и раньше. Сейчас это одна из самых горячих тем в физике конденсированного состояния.