Рис. Подавление междолинного рассеяния, наблюдаемое в паттерне QPI. Кредит: Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02864-2.

Альтермагнетики, которые демонстрируют зависящее от импульса расщепление спина без спин-орбитальной связи (SOC) или суммарной намагниченности, привлекают значительное внимание. Спиновая поляризация обычно генерируется путем связывания спина электрона с другими степенями свободы, такими как орбитальные или магнитные моменты. Это может включать SOC, приводящее к зависящему от импульса спиновому расщеплению в неинверсионно-симметричных кристаллах (эффект Рашбы-Дрессельхауза) или нарушению симметрии обращения времени в ферромагнетиках, что приводит к независимому от импульса спиновому расщеплению зеемановского типа.

Ученые предложили новый механизм расщепления спина в антиферромагнетиках, где подрешетки, связанные кристаллической симметрией, позволяют обменному взаимодействию производить значительное расщепление спина с уникальной блокировкой спиновой долины С-пары. Этот эффект не зависит от SOC или чистой намагниченности, сочетая стабильность антиферромагнитных устройств с длительным временем жизни спина. Эти нетрадиционные антиферромагнетики называются «альтермагнетиками», и их открытие было признано одним из 10 лучших прорывов Science 2024 года.

Ни один из материалов — α-MnTe, CrSb, MnTe₂ и RuO₂ — не отвечает требованиям симметрии и проводимости для нерелятивистских спин-сохраняющихся спиновых токов из-за альтермагнетизма. Магнитные подрешетки α-MnTe и CrSb обладают симметрией C₃, что приводит к изотропной проводимости и неполяризованным токам.

В MnTe₂ спин не сохраняется из-за его некопланарной магнитной структуры, а его низкая критическая температура (87 К) ограничивает практическое применение. Для RuO₂ остается спорным, является ли его основное состояние антиферромагнитным или немагнитным, несмотря на свидетельства аномального эффекта Холла и спинового расщепления. Кроме того, эти материалы не являются слоистыми, что ограничивает их потенциал для расслоения и интеграции с другими материалами для управления свойствами на микроскопическом уровне.

Это ограничение затрудняет исследование эффектов в двумерных материалах, таких как топологические сверхпроводники посредством эффекта сверхпроводящей близости, настраиваемые электронные свойства посредством стробирования и муаровые сверхрешетки.

Поэтому исследование слоистых материалов в альтермагнитах имеет важное значение для разработки спинтронных устройств высокой плотности, высокой скорости и низкого потребления энергии.

В данной работе демонстрируется реализацию C-спаренной блокировки спиновых долин (SVL) в слоистом антиферромагнитном (AFM) соединении при комнатной температуре Rb(1-δ)V₂Te₂O с использованием спиновой и углово-разрешенной фотоэмиссионной спектроскопии (Spin-ARPES), сканирующей туннельной микроскопии/спектроскопии (STM/STS) и расчетов из первых принципов.

Ключевые результаты включают прямое наблюдение С-парных SVL посредством измерений Spin-ARPES, которые выявляют противоположные знаки спиновой поляризации между соседними долинами X и Y, связанными кристаллической симметрией C.

Температурно-зависимые измерения ARPES показывают стабильность SVL вплоть до комнатной температуры, что согласуется с температурой фазового перехода AFM. Кроме того, измерения ARPES подтверждают сильный двумерный характер с незначительной дисперсией в направлении kz, в то время как картины интерференции квазичастиц из карт STM показывают подавленное междолинное рассеяние из-за правил отбора спина.