В последние годы поиск материалов, способных демонстрировать сверхпроводимость при высоких температурах, вышел на новый этап, где ключевую роль играет углублённое понимание магнитных взаимодействий. Одним из наиболее перспективных направлений стало изучение альтермагнетизма — ранее неизученного типа магнитного порядка, открытие которого пересмотрело традиционные представления о связи между магнетизмом и сверхпроводимостью. В отличие от ферромагнетиков, создающих макроскопическое намагничивание, или антиферромагнетиков, где спины упорядочены противоположно, но компенсируют друг друга, альтермагнитные материалы сочетают особенности обоих типов. Их уникальность заключается в спин-расщеплённых электронных зонах, которые формируют сложные пространственные конфигурации спинов без суммарной намагниченности. Это свойство открывает путь к управлению электронными состояниями, что критически важно для возникновения сверхпроводимости.
Картирование пары альтермагнитных вихрей в MnTe. Шесть цветов с наложенными стрелками показывают направление альтермагнитного упорядочения внутри материала. Размер показанной области составляет 1 мкм2. Oliver Amin/University of Nottingham.
Переход к рассмотрению механизмов сверхпроводимости в контексте альтермагнетизма требует понимания того, как спиновые структуры влияют на образование куперовских пар. В классических сверхпроводниках связь между электронами опосредована фононами, однако в высокотемпературных сверхпроводниках, таких как купраты или железосодержащие соединения, предполагается роль магнитных флуктуаций. Альтермагнитные материалы, благодаря своей специфической симметрии и отсутствию макроскопического магнитного поля, создают среду, где спиновые колебания могут эффективно способствовать спариванию электронов, не подавляя сверхпроводимость. Более того, спин-орбитальное взаимодействие в таких системах усиливает стабильность экзотических типов сверхпроводящих состояний, включая топологические фазы, что расширяет потенциал для создания квантовых вычислений.
Важным аспектом является также совместимость альтермагнитного порядка с кристаллической решёткой. Например, в материалах на основе рутенатов или некоторых гексагональных перовскитов симметрия кристалла поддерживает альтермагнитную конфигурацию, что позволяет сохранять сверхпроводимость даже при повышенных температурах. Теоретические работы предсказывают, что в таких структурах возможно возникновение (d)-волнового или мультиполярного спаривания, что подтверждается расчётами методами функционала плотности и моделями сильной связи. Экспериментальные исследования, хотя и находятся на ранней стадии, уже демонстрируют аномалии в транспортных свойствах и спиновой восприимчивости, косвенно указывающие на коэкзистенцию альтермагнетизма и сверхпроводимости.
Перспективы применения альтермагнитных сверхпроводников простираются от энергетики до квантовых технологий. Материалы с нулевым полем рассеяния спинов могут стать основой для сверхпроводящих кабелей с минимальными потерями, а их способность поддерживать топологические состояния открывает возможности для создания устойчивых кубитов. Однако для реализации этого потенциала необходимы дальнейшие исследования, направленные на синтез новых соединений, совершенствование методов характеризации и разработку точных теоретических моделей. Углубление в природу альтермагнетизма не только расширяет фундаментальные знания о квантовой материи, но и приближает эру технологий, где сверхпроводимость станет неотъемлемой частью повседневной жизни.