Kvantové oscilace v poli až 41,5 tesla ukázaly altermagnetismus uvnitř antimonidu chromu

Elektrony v magnetických materiálech se dlouho vešly do dvou vzorců. Ve feromagnetu míří všechny spiny stejným směrem a látka má navenek vlastní magnetické pole. V antiferomagnetu se spiny střídají nahoru a dolů, navenek se vyruší a elektrony obou orientací mají při stejné hybnosti stejnou energii. Antimonid chromu nezapadá ani do jednoho z nich a práce zveřejněná 26. srpna 2026 v časopise Nature to u kovu poprvé doložila měřením, které vidí dovnitř krystalu, ne jen na jeho povrch.

Třetí druh uspořádání

Altermagnet vypadá na první pohled jako antiferomagnet: sousední atomy mají opačně otočené magnetické momenty a celková magnetizace vychází nula. Rozdíl je v symetrii, která obě podmřížky spojuje. U antiferomagnetu stačí posun o jednu mřížkovou konstantu nebo inverze, u altermagnetu je potřeba otočení.

V antimonidu chromu to zařídí uspořádání antimonu. Látka krystalizuje v šesterečné struktuře typu NiAs, atomy chromu leží ve vrstvách podél osy c a antimon vyplňuje mezery v trojbokém uspořádání. Chromový atom se spinem nahoru proto přejde na atom se spinem dolů teprve šroubovou operací 6₃, tedy otočením spojeným s posunem. Následek je zásadní: Kramersova degenerace přestává platit a energetické pásy se štěpí podle spinu, přestože k tomu není potřeba spinorbitální interakce. Altermagnet tak spojuje nulovou celkovou magnetizaci antiferomagnetu se spinově rozštěpenými pásy feromagnetu.

Povrch dokáže klamat

Kovových kandidátů na altermagnet je málo a dva z nich se mezitím ukázaly jako slepá ulička. U oxidu ruthenia RuO₂ naznačovala fotoemisní spektroskopie štěpení pásů, jenže následná měření citlivá na objem vzorku o jeho magnetismu vyvolala vážné pochyby. Další fotoemisní práce našly topologický povrchový stav s Rashbovým štěpením, který altermagneticky zrušenou degeneraci napodobuje, ačkoli vnitřek krystalu je nemagnetický.

Podobně dopadl KV₂Se₂O. Altermagnetická může být jeho svrchní vrstva, ale neutronová difrakce nachází v objemu krystalu obyčejný antiferomagnetismus. Právě proto se tým rozhodl pro metodu, která povrch nevidí vůbec.

Co se měří v poli 41,5 tesla

Kvantové oscilace jsou stará technika s jednoduchým principem. V dostatečně silném magnetickém poli se dovolené stavy elektronů slévají do Landauových hladin a veličiny jako magnetizace nebo moment síly, kterým pole natáčí vzorek, začnou periodicky kolísat s převrácenou hodnotou pole. Perioda těch oscilací nese plochu průřezu Fermiho plochy kolmo ke směru pole. Metoda tedy měří elektrony v celém objemu vzorku, ne jen ty, které se dají vystřelit z jeho povrchu.

Skupina z univerzity v Cambridgi měřila de Haasův–van Alphenův jev v rezistivním magnetu s polem do 41,5 tesla v americké National High Magnetic Field Laboratory v Tallahassee. Vzorek byl v prostředí helia 3 při 0,4 K a natáčel s ním přímo v magnetu bezkartáčový lineární motor; úhly se kalibrovaly podle změny znaménka pozadí a ověřovaly Hallovou sondou. Podle přehledu, který k práci vydala sama laboratoř, přispěla k měření ještě drážďanská HLD-EMFL s pulzním polem do 64 tesla.

Jedna špička, nebo dvě

Uzlová rovina je místo, kde symetrie vynutí, aby se energie obou spinů srovnaly. Pole položené do takové roviny nutí elektrony obou orientací obíhat po drahách, které se sice liší, ale zrcadlí se jedna na druhou, takže uzavírají stejnou plochu. Ve frekvenčním spektru je pak jediná špička. Mimo uzlovou rovinu už žádná symetrie obě dráhy nespojuje, plochy se rozejdou a špička se rozpadne na dvě. Přesně to tým naměřil.

Otáčením pole ve třech různých rovinách napočítali autoři uzlové roviny čtyři: tři platí pro všechny polární úhly při azimutu 0, 60 a 120 stupňů a čtvrtá pro všechny azimuty v bazální rovině. Počet uzlových rovin určuje typ uspořádání – p-vlna má jednu, d-vlna dvě, f-vlna tři a g-vlna čtyři. Naměřený průběh štěpení odpovídá reálné sférické harmonické funkci Y₄⁻³, tedy tvaru, který u atomu vodíku patří orbitalu g. Z rozdílu frekvencí a z efektivní hmotnosti 2,03 hmotnosti elektronu vychází štěpení na Fermiho hladině zhruba 25 meV.

Kov, který drží uspořádání i za horka

Pro použití v součástkách je podstatné, že antimonid chromu není jen kov, ale kov s vysokou teplotou uspořádání. Měření magnetizace do 800 K ukazuje zlom kolem 740 K, tedy hluboko nad běžnou provozní teplotou; podle autorů je ta hodnota o něco vyšší než dřívější údaje díky lepší kvalitě krystalu.

Laboratoř v Tallahassee shrnuje význam do tří bodů: materiál bez vlastního magnetického pole neruší sousední prvky obvodu, dva spinové proudy se dají použít k zápisu informace a uspořádání drží vysoko nad pokojovou teplotou. Od změřené Fermiho plochy k paměťové buňce je ale daleko. Práce říká, jaký ten materiál uvnitř je, ne že z něj někdo něco postavil.

Zajímavá je i samotná metoda. Symetrii parametru uspořádání se u nekonvenčních supravodičů daří rozlišit jen obtížně a spory o ni trvají desítky let. Tady se ukázalo, že u magnetů na to stačí otáčet vzorkem v silném poli a počítat špičky ve spektru.

Zdroje

• Long, M. a kol.: 3D bulk-resolved g-wave altermagnetic order parameter in CrSb, Nature 656, 854–860 (2026), otevřený přístup
• Táž práce v preprintovém archivu arXiv (2601.14526)
• National High Magnetic Field Laboratory: A New Kind of Magnetism, Mapped in 3D Inside a Metal, 18. srpna 2026