{{위키데이터 속성 추적}}
[[파일:Altermagnetism1.jpg|섬네일|결정 내 서로 인접한 원자 간의 스핀 방향과 공간 배치가 서로 반대인, 교자성 배치의 예시.]]

'''교자성'''<ref>{{뉴스 인용|제목=컴퓨터 메모리 혁신·차세대 노벨상 화두 '교자성'…한국 연구진 두각 |url=https://www.dongascience.com/news.php?idx=63892 |날짜=2024-02-26 |저자=박정연 |뉴스=동아사이언스}}</ref>({{lang|en|altermagnetism}})은 [[응집물질물리학]]에서 이상적인 [[결정]]에 존재하는 [[자기]] 상태 중 하나로,<ref name=punchline>{{저널 인용|date=2022-12-08 |title=Altermagnetism—A New Punch Line of Fundamental Magnetism |url=https://journals.aps.org/prx/edannounce/10.1103/PhysRevX.12.040002 |access-date=2023-12-02 |website=Physical Review X |language=en |doi=10.1103/physrevx.12.040002|doi-access=free }}</ref><ref name=mazin>{{저널 인용|last=Mazin |first=Igor |date=2024-01-08 |title=Altermagnetism Then and Now |url=https://physics.aps.org/articles/v17/4 |journal=Physics |language=en |volume=17 |pages=4 |doi=10.1103/PhysRevX.12.031042|arxiv=2105.05820 }}</ref><ref name=mazin_smejkal>{{인용|last1=Mazin |first1=Igor |title=Induced Monolayer Altermagnetism in MnP(S,Se)$_3$ and FeSe |date=2023-09-05 |url=http://arxiv.org/abs/2309.02355 |access-date=2024-02-15 |arxiv=2309.02355 |last2=González-Hernández |first2=Rafael |last3=Šmejkal |first3=Libor}}</ref><ref>{{웹 인용|last=Wilkins |first=Alex |date=14 February 2024 |title=The existence of a new kind of magnetism has been confirmed |url=https://www.newscientist.com/article/2417255-the-existence-of-a-new-kind-of-magnetism-has-been-confirmed/ |access-date=2024-02-15 |website=New Scientist |language=en-US}}</ref><ref name=savitsky_science>{{웹 인용|last1=Savitsky |first1=Zack |title=Researchers discover new kind of magnetism |url=https://www.science.org/content/article/researchers-discover-new-kind-magnetism |website=Science.org |access-date=16 February 2024}}</ref> 교자성 구조의 결정은 모두 동일선상에 있어 전체 자성은 0으로 상쇄된다.<ref name=punchline/><ref name=savitsky_science/><ref name=smejkal_landscape>{{저널 인용|last1=Šmejkal |first1=Libor |last2=Sinova |first2=Jairo |last3=Jungwirth |first3=Tomas |date=2022-12-08 |title=Emerging Research Landscape of Altermagnetism |url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevX.12.040501 |journal=Physical Review X |volume=12 |issue=4 |pages=040501 |doi=10.1103/PhysRevX.12.040501|arxiv=2204.10844 |bibcode=2022PhRvX..12d0501S }}</ref><ref name="smejkal_symm">{{저널 인용|last1=Šmejkal |first1=Libor |last2=Sinova |first2=Jairo |last3=Jungwirth |first3=Tomas |date=2022-09-23 |title=Altermagnetism: spin-momentum locked phase protected by non-relativistic symmetries |journal=Physical Review X |volume=12 |issue=3 |pages=031042 |arxiv=2105.05820 |doi=10.1103/PhysRevX.12.031042 |issn=2160-3308}}</ref> 마찬가지로 전체 자성이 0이 되는 일반적인 동일선상의 [[반강자성]]과 달리, 교자성 내 [[띠구조|전자 띠구조]]는 [[크라머르스 정리|크라머르스 축퇴]] 상태에 있지 않고, 스핀에 의존하는 파수 벡터와 관련되어 있다.<ref name="punchline" /> 2024년 교자성과 관련된 실험 결과가 발표되었으며,<ref name=krempasky2024>{{저널 인용|last1=Krempaský |first1=J. |last2=Šmejkal |first2=L. |last3=D’Souza |first3=S. W. |last4=Hajlaoui |first4=M. |last5=Springholz |first5=G. |last6=Uhlířová |first6=K. |last7=Alarab |first7=F. |last8=Constantinou |first8=P. C. |last9=Strocov |first9=V. |last10=Usanov |first10=D. |last11=Pudelko |first11=W. R. |last12=González-Hernández |first12=R. |last13=Birk Hellenes |first13=A. |last14=Jansa |first14=Z. |last15=Reichlová |first15=H. |date=February 2024 |title=Altermagnetic lifting of Kramers spin degeneracy |url=https://www.nature.com/articles/s41586-023-06907-7 |journal=Nature |language=en |volume=626 |issue=7999 |pages=517–522 |doi=10.1038/s41586-023-06907-7 |pmid=38356066 |issn=1476-4687|arxiv=2308.10681 }}</ref><ref name=fedchenko>{{저널 인용|last1=Fedchenko |first1=Olena |last2=Minár |first2=Jan |last3=Akashdeep |first3=Akashdeep |last4=D’Souza |first4=Sunil Wilfred |last5=Vasilyev |first5=Dmitry |last6=Tkach |first6=Olena |last7=Odenbreit |first7=Lukas |last8=Nguyen |first8=Quynh |last9=Kutnyakhov |first9=Dmytro |last10=Wind |first10=Nils |last11=Wenthaus |first11=Lukas |last12=Scholz |first12=Markus |last13=Rossnagel |first13=Kai |last14=Hoesch |first14=Moritz |last15=Aeschlimann |first15=Martin |date=2024-02-02 |title=Observation of time-reversal symmetry breaking in the band structure of altermagnetic RuO 2 |journal=Science Advances |language=en |volume=10 |issue=5 |pages=eadj4883 |doi=10.1126/sciadv.adj4883 |issn=2375-2548 |pmc=10830110 |pmid=38295181}}</ref> [[스핀트로닉스]] 분야에서 응용할 수 있을 것으로 추정하고 있다.<ref name=smejkal_landscape/><ref name=scidaily>{{웹 인용|title=Altermagnetism proves its place on the magnetic family tree |url=https://www.sciencedaily.com/releases/2024/02/240214122553.htm |access-date=2024-02-15 |website=ScienceDaily |language=en}}</ref>

== 결정 구조 및 대칭 ==
교자성체 내 원자는, 원자의 스핀 방향과 공간 배치가 서로 교대하는 일정한 패턴을 보인다.<ref name=savitsky_science/><ref name=smejkal_symm/> [[자기 모멘트]]가 반대인 원자들은 결정 회전이나 거울 반전 형태의 교자성 상태에 있으며,<ref name="punchline" /><ref name="savitsky_science" /><ref name="smejkal_landscape" /><ref name="smejkal_symm" /><ref name="krempasky2024" /><ref name="fedchenko" /> 자성 원자의 공간 배치는 주변의 비자성 원자 사이에 갇혀 만들어질 수도 있다.<ref name="smejkal_symm" /><ref name="smejkal_sciadv">{{저널 인용|last1=Šmejkal |first1=Libor |last2=González-Hernández |first2=Rafael |last3=Jungwirth |first3=T. |last4=Sinova |first4=J. |title=Crystal time-reversal symmetry breaking and spontaneous Hall effect in collinear antiferromagnets |journal=Science Advances |date=5 June 2020 |volume=6 |issue=23 |doi=10.1126/sciadv.aaz8809|arxiv=1901.00445 }}</ref> 교자성체인 텔루륨화 망간(MnTe)에서는 부분격자 간 스핀 방향이 반대인 것이 6방성 결정 회전과 관련되어 있으며,<ref name="smejkal_symm" /><ref name="krempasky2024" /> 다른 교자성체인 이산화 루테늄(RuO<sub>2</sub>)에서는 부분격자 간 스핀 방향이 반대인 것이 4방성 결정 회전과 관련되어 있다.<ref name="smejkal_symm" /><ref name="fedchenko" />[[파일:Altermagnetism2.jpg|섬네일|500px|center|교자성체인 텔루륨화 망간(MnTe, 왼쪽)과 이산화 루테늄(RuO<sub>2</sub>, 오른쪽)의 교차하는 자성 구조 및 결정 구조.]]

== 전기적 구조 ==
교자성체의 가장 큰 특징은 스핀에 따라 [[띠구조]]가 명확히 구분된다는 것으로,<ref name=smejkal_symm/> 실험적으로는 2024년 처음 관측되었다.<ref name=krempasky2024/> 교자성 띠구조에서는 시간 대칭성이 파괴되며,<ref name=smejkal_symm/><ref name=smejkal_sciadv/> 강자성과 마찬가지로 ''E<sub>ks</sub>''=''E<sub>-ks</sub>'' 관계가 성립하나 강자성체와 달리 전체 자성이 형성되지는 않는다. 교자성체의 스핀 분극화는 파수 벡터 공간에서 진동하며, 각각 2, 4, 6 스핀 축퇴 노드를 형성한다. 이는 각각 d 궤도, g 궤도, i 궤도에 해당한다.<ref name=smejkal_symm/> d 궤도 교자성체는 d 궤도 [[초전도체]]와 자기 대응 관계에 있다.<ref>{{저널 인용|last=Šmejkal |first=Libor |last2=Sinova |first2=Jairo |last3=Jungwirth |first3=Tomas |date=2022-09-23 |title=Beyond Conventional Ferromagnetism and Antiferromagnetism: A Phase with Nonrelativistic Spin and Crystal Rotation Symmetry |url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevX.12.031042 |journal=Physical Review X |volume=12 |issue=3 |pages=031042 |doi=10.1103/PhysRevX.12.031042|arxiv=2105.05820 }}</ref>

{{Gallery
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|footer=
|File:Altermagnetism3.png
 |교자성 금속의 페르미면. 파란색과 빨간색은 각각 스핀의 극성(위와 아래)을 가리킨다.
 |alt1=
|File:Altermagnetism4.jpg
 |교자성 물질의 띠구조.
 |alt2=
}}

교자성체의 띠구조 내 스핀 분극화는 동일선상에서 일어나, 반전 대칭성은 파괴되지 않는다.<ref name=smejkal_symm/> 교자성체의 스핀 갈라짐은 파수 벡터에서 ''(k<sub>x</sub><sup>2</sup>-k<sub>y</sub><sup>2</sup>)s<sub>z</sub>''로 동일하다.<ref name=smejkal_symm/><ref name=krempasky2024/> 이산화 루테늄에서는 시간 대칭성의 파괴, 거대한 ~1eV 스핀 갈라짐, 변칙적 [[홀 효과]] 현상의 발생이 이론적으로 예측되었으며<ref name=smejkal_sciadv/> 실험적으로도 검증되었다.<ref name="feng">{{저널 인용|last1=Feng |first1=Zexin |last2=Zhou |first2=Xiaorong |last3=Šmejkal |first3=Libor |last4=Wu |first4=Lei |last5=Zhu |first5=Zengwei |last6=Guo |first6=Huixin |last7=González-Hernández |first7=Rafael |last8=Wang |first8=Xiaoning |last9=Yan |first9=Han |last10=Qin |first10=Peixin |last11=Zhang |first11=Xin |last12=Wu |first12=Haojiang |last13=Chen |first13=Hongyu |last14=Meng |first14=Ziang |last15=Liu |first15=Li |last16=Xia |first16=Zhengcai |last17=Sinova |first17=Jairo |last18=Jungwirth |first18=Tomáš |last19=Liu |first19=Zhiqi |title=An anomalous Hall effect in altermagnetic ruthenium dioxide |journal=Nature Electronics |date=7 November 2022 |volume=5 |issue=11 |pages=735–743 |doi=10.1038/s41928-022-00866-z|arxiv=2002.08712 }}</ref>

== 물질 ==
2024년 반도체인 텔루륨화 망간과 이산화 루테늄에서 교자성 띠구조가 나타나는 현상이 처음 관찰되었으며,<ref name=krempasky2024/><ref name=fedchenko/> 교자성을 띄는 물질은 전도체부터 [[절연체]]까지,<ref name=smejkal_landscape/><ref name=smejkal_symm/> 2차원부터 3차원 물질까지,<ref name=mazin_smejkal/><ref name=smejkal_landscape/> 경원소부터 중원소까지, 비상대론적 띠구조부터 상대론적 띠구조까지 다양하게 분포할 것이라고 추정하고 있다.<ref name=smejkal_symm/><ref name=krempasky2024/><ref name=smejkal_sciadv/>

== 성질 ==
교자성체는 강자성과 반자성을 부분적으로 동시에 가지는데, 특히 강자성체에 가깝다.<ref name=punchline/><ref name=savitsky_science/><ref name=smejkal_landscape/><ref name=smejkal_symm/> 교자성체의 전형적인 특징으로서 [[홀 효과]]가 변칙적으로 나타나는 현상이 관측된 바 있으며,<ref name=smejkal_sciadv/><ref name=feng/><ref name="gonzalez">{{저널 인용|last1=Gonzalez Betancourt |first1=R. D. |last2=Zubáč |first2=J. |last3=Gonzalez-Hernandez |first3=R. |last4=Geishendorf |first4=K. |last5=Šobáň |first5=Z. |last6=Springholz |first6=G. |last7=Olejník |first7=K. |last8=Šmejkal |first8=L. |last9=Sinova |first9=J. |last10=Jungwirth |first10=T. |last11=Goennenwein |first11=S. T. B. |last12=Thomas |first12=A. |last13=Reichlová |first13=H. |last14=Železný |first14=J. |last15=Kriegner |first15=D. |title=Spontaneous Anomalous Hall Effect Arising from an Unconventional Compensated Magnetic Phase in a Semiconductor |journal=Physical Review Letters |date=20 January 2023 |volume=130 |issue=3 |doi=10.1103/PhysRevLett.130.036702|arxiv=2112.06805 }}</ref> 결정이 회전할 때 스핀 전류가 방향을 바꾸는 변칙적 현상이 나타나기도 한다.<ref name=RGH>{{저널 인용|last1=Gonzalez Betancourt |first1=R. D. |last2=<C5><A0>mejkal |first2=Libor |last3=Vyborny |first3=Karel |last4=Yahagi |first4=Yuta|last5=Sinova|first5=Jairo|last6=Jungwirth |first6=Tomas |last7=Zelezny|first7=Jakub|date=2021-03-26 |title=Efficient Electrical Spin Splitter Based on Nonrelativistic Collinear Antiferromagnetism|journal=Physical Review Letters |volume=126 |pages=127701 |doi=10.1103/PhysRevLett.126.127701 |arxiv=2002.07073 }}</ref>

== 각주 ==
{{각주}}

{{자성재료}}

[[분류:2024년 과학]]