Дефект в алмазе поможет обнаружить третий тип магнетизма — открытый всего несколько лет назад

На протяжении десятилетий в физике были известны только два типа магнетизма. Первый — ферромагнетизм: свойство, благодаря которому притягиваются к холодильнику обычные магниты и работают жёсткие диски. Второй — антиферромагнетизм: магнитные свойства есть, но они скрыты — противоположно направленные магнитные «стрелки» атомов взаимно компенсируют друг друга. Антиферромагниты интересны для быстрой электроники, но сложны в использовании.

Несколько лет назад физики-теоретики описали третий тип. Его назвали альтермагнетизм. И с того момента одна из главных задач экспериментальной физики — научиться надёжно обнаруживать и изучать альтермагнитные материалы. Новое теоретическое исследование Университета Буффало, опубликованное в журнале Physical Review Letters (2026), предлагает для этого неожиданный инструмент: дефект в алмазе.

Что такое альтермагнетик и почему он важен

Альтермагнетики занимают промежуточное положение. Как и антиферромагниты, они содержат атомы с противоположно направленными магнитными моментами — и поэтому не создают сильного внешнего магнитного поля. Но, в отличие от классических антиферромагнетиков, у них есть нечто принципиально иное: угловой момент и энергия электронов зависят от направления их движения в кристалле — явление, которое в простом антиферромагнетике отсутствует.

Именно это делает альтермагнетики потенциально революционными для спинтроники — раздела электроники, который использует не только заряд, но и спин электрона для хранения и обработки информации. Альтермагнетики обещают сочетать скорость и энергоэффективность антиферромагнетиков с функциональностью традиционных ферромагнитных устройств. Это может стать основой для следующего поколения быстродействующих жёстких дисков, запоминающих устройств с магниторезистивной памятью (MRAM) и квантовых вычислительных компонентов.

Однако есть препятствие: поскольку альтермагнетики не создают заметного внешнего поля, их сложно обнаружить и измерить стандартными методами.

Алмазный дефект как детектор

Предложенное решение — использовать NV-центры в алмазе (дефекты, состоящие из атома азота рядом с вакансией в кристаллической решётке). Такие дефекты уже широко применяются как квантовые сенсоры: они чувствительны к ничтожно малым магнитным полям и изменяют свою флуоресценцию в зависимости от внешнего магнитного воздействия.

Новая теоретическая разработка показывает: в альтермагнетиках возникают особые, специфические взаимодействия между электронами кристалла и спином NV-центра. Именно это взаимодействие — так называемое «квантовое зондирование примесей» — позволяет отличить альтермагнитное упорядочение от обычного антиферромагнитного.

Ключевые аспекты метода:

• NV-центр в алмазе достаточно поместить вблизи исследуемого материала — контакт не нужен.
• Измерения возможны при комнатной температуре и без больших внешних магнитных полей.
• Метод принципиально неинвазивен: материал не разрушается и не изменяется.
• Теоретически применим к целому классу перспективных материалов, для которых предполагают альтермагнитную природу.

Почему открытие важно прямо сейчас

Интерес к альтермагнетикам в физическом сообществе стремительно растёт. В период 2022–2026 годов было опубликовано несколько ключевых работ, экспериментально подтверждающих их существование в ряде материалов. Однако единой надёжной экспериментальной методики их обнаружения до сих пор не существует: разные лаборатории используют разные косвенные признаки, что затрудняет сравнение результатов.

Читайте также по теме: новом твёрдотельном материале для света.

NV-метод, предложенный командой из Буффало, потенциально закрывает этот пробел: он предоставляет прямую, чувствительную, масштабируемую технику для диагностики альтермагнитных материалов. Это может ускорить как фундаментальное изучение новой физики, так и практическую проверку их пригодности для применений в спинтронике и квантовых устройствах.