Nhóm SLAC xác nhận bằng thực nghiệm một pha từ tính thứ ba

Nhóm nghiên cứu do Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC dẫn đầu đã tìm thấy bằng chứng thực nghiệm trực tiếp về altermagnetism — một pha từ tính được đề xuất để giải thích những đặc tính không khớp với hai dạng quen thuộc là sắt từ và phản sắt từ. Phát hiện trên mangan telua (MnTe), công bố trên tạp chí Science ngày 29 tháng 10 năm 2026, có thể giúp định hướng việc phát triển vật liệu cho công nghệ lượng tử, thiết bị nhớ và trung tâm dữ liệu.

Nhóm nghiên cứu sử dụng thiết bị tại Cơ sở Bức xạ Synchrotron châu Âu để khảo sát MnTe

Dấu hiệu nằm ở cấu trúc xoắn của spin

Trong vật liệu sắt từ, spin của các electron — một tính chất lượng tử có thể hình dung như hướng quay nội tại — cùng hướng, tạo ra từ trường tổng thể. Ngược lại, trong vật liệu phản sắt từ, các spin sắp xếp xen kẽ theo hướng đối lập nên tác động từ của chúng triệt tiêu nhau.

Altermagnetism cũng có cách sắp xếp spin xen kẽ, nhưng có thêm một khác biệt quan trọng: cấu trúc mạng tinh thể quanh các spin hướng lên bị xoay so với cấu trúc quanh các spin hướng xuống. Sự bất đối xứng hình học này có thể tạo nên những đặc tính kết hợp yếu tố của cả sắt từ lẫn phản sắt từ.

Nhóm của Daniel Jost, nhà khoa học cộng tác tại SLAC và Viện Khoa học Vật liệu và Năng lượng Stanford, tập trung tìm kiếm tính chirality — đặc tính bất đối xứng khiến một cấu trúc không thể chồng khít với ảnh phản chiếu của chính nó. Có thể hình dung sự khác biệt này như bàn tay trái và bàn tay phải.

Các nhà nghiên cứu đưa MnTe đến Cơ sở Bức xạ Synchrotron châu Âu ở Pháp, nơi có chùm tia X phân cực được kiểm soát. Họ chiếu tia X phân cực tròn lên vật liệu, sau đó so sánh cách MnTe tán xạ ánh sáng phân cực theo chiều trái và chiều phải. Sự khác biệt quan sát được cho thấy tín hiệu chirality mà vật liệu phản sắt từ thông thường không có.

“Dấu hiệu chirality này cho chúng tôi cơ sở thực nghiệm vững chắc để nói rằng altermagnetism thuộc về một lớp riêng,” Daniel Jost cho biết.

Thí nghiệm ban đầu được thực hiện năm 2024 và được lặp lại vào đầu năm 2025 để xác nhận kết quả. Công trình được thực hiện trên đường chùm ID32 tại cơ sở ở Pháp; Rachel Nickel, nhà khoa học sau tiến sĩ tại đây, là đồng tác giả và tham gia thiết kế, tiến hành thí nghiệm.

Tiềm năng với điện tử học spin

Trong điện tử học spin, các nhà nghiên cứu khai thác cả điện tích lẫn spin của electron để lưu trữ và truyền thông tin. Cách tiếp cận này có thể bổ sung một phương thức điều khiển cho thiết bị điện tử, đồng thời mở ra khả năng cải thiện tốc độ, độ bền và mức tiêu thụ năng lượng.

Theo Jost, vật liệu sắt từ dễ bị ảnh hưởng bởi từ trường bên ngoài, trong khi vật liệu phản sắt từ khó đọc trạng thái dữ liệu và khó tạo ra dòng spin hiệu quả. Altermagnet được quan tâm vì có thể kết hợp một số ưu điểm của cả hai: không có từ hóa tổng thể nên ổn định, nhưng vẫn có khả năng tạo dòng phân cực spin.

Đây là hướng nghiên cứu vật liệu, chưa phải một ứng dụng thương mại đã được triển khai. Nhóm nghiên cứu cho biết các bước tiếp theo sẽ tìm hiểu cách điều khiển trạng thái altermagnet bằng ánh sáng và điện, nhằm đánh giá khả năng ứng dụng trong các giải pháp điện tử spin.

Góc nhìn

Kết quả giúp củng cố nền tảng thực nghiệm cho một lớp vật liệu mới, thay vì chỉ dựa vào mô hình lý thuyết hoặc những dấu hiệu gián tiếp. Với giới nghiên cứu phần cứng và vật liệu, việc xác định rõ đặc tính của MnTe là bước cần thiết trước khi kiểm tra khả năng chế tạo và điều khiển linh kiện dựa trên vật liệu này.

Các ứng dụng trong công nghệ lượng tử, bộ nhớ và trung tâm dữ liệu vẫn là triển vọng cần được nghiên cứu thêm. Việc hiểu cách ánh sáng và điện tác động đến trạng thái altermagnet sẽ quyết định liệu những đặc tính được phát hiện có thể chuyển thành lợi ích thực tế cho thiết bị hay không.