Натянутая струна звучит выше, если её сильнее натянуть. Примерно так же ведёт себя намагниченность в антиферромагнетике: чем сильнее внешнее поле, тем быстрее она колеблется. Но в кристалле оксида хрома что-то пошло не так.

Эксперимент поставили в Токийском университете: монокристалл Cr₂O₃ толщиной полмиллиметра поместили в импульсный магнит, который за тысячную долю секунды создавал поле до 30 тесла. Одновременно сквозь образец пропускали терагерцовый импульс — вспышку излучения с частотой около триллиона колебаний в секунду. По тому, как кристалл поглощал эту вспышку, можно было вычислить, с какой частотой колеблется его намагниченность.

Оказалось, что выше 15 тесла появляется чёткий резонансный пик. С ростом поля пик сдвигается в сторону высоких частот, но не так быстро, как ожидалось. Наклон составил около 22 ГГц/Т, а простая модель предсказывала 28 ГГц/Т. Разница не зависела от температуры (от 13 до 283 К) и от того, наклоняли ли образец на 15 градусов. Значит, дело не в случайной погрешности, а в самом материале.

Похоже, сильное поле слегка деформирует кристаллическую решётку. А деформация, в свою очередь, меняет магнитную анизотропию — то, насколько трудно намагниченности повернуться в ту или иную сторону. Физики добавили в формулу поправку, зависящую от квадрата поля, и она отлично легла на данные. Получается, что в поле 30 тесла анизотропия меняется примерно на треть тесла — это сопоставимо с полями, при которых в других антиферромагнетиках магнитные домены выстраиваются в одну сторону.

До сих пор поведение Cr₂O₃ в полях выше 10 тесла оставалось неизученным: слишком трудно совместить импульсный магнит и сверхбыструю спектроскопию. Теперь стало ясно, что простые модели там не работают, и нужно учитывать, как магнитное поле дёргает решётку. Это важно для будущих устройств спинтроники и магноники, где антиферромагнетики рассматривают как основу для хранения и передачи информации.