Teoretický popis se často dostává do centra pozornosti teprve ve chvíli, kdy už jsou průlomové experimenty dokončeny. Mnohem zajímavější situace se však stane, zejména u spektrálně závislých vlastností magnetických materiálů, když teoretická předpověď přesvědčí vědce, aby se pustili do konkrétního měření, a následně se získaná spektra přesně shodují s předpovědí. Výzkum publikovaný čerstvě v časopise Physical Review Letters vznikl právě tímto méně obvyklým postupem. Mezinárodní vědecký tým v článku popisuje, jak se způsob pohlcování světla magneticky uspořádanou látkou mění v závislosti na stavu jeho polarizace.
Tento objev umožňuje vytvořit novou metodu pro lokální detekci magnetického stavu ve specifickém typu materiálů, kde dosud dostupné techniky neměly odpovídající prostorové rozlišení. Metoda by mohla být využita při vývoji paměťových součástek z teluridu manganatého (MnTe) nebo jiných altermagnetických materiálů. V budoucnosti by mohla sloužit při kontrole, zda velikost magnetických domén v řádu desítek nanometrů odpovídá požadovaným rozměrům paměťového bitu. Jak z hlediska aplikací, tak z hlediska základního výzkumu magnetismu je zajímavá i možnost mikroskopického zobrazování magnetických textur (jako jsou doménové stěny nebo víry).
Už bylo naznačeno, že výchozím bodem v této práci byla teoretická předpověď: magnetický cirkulární dichroismus v rentgenové oblasti (XMCD, z angl. x-ray magnetic circular dichroism) nebyl dříve v materiálech s nulovou magnetizací pozorován, alespoň tedy ne v případě, kdy jsou všechny magnetické momenty rovnoběžné (tzv. kolineární magnetika jako např. MnTe). „Existence jevu XMCD v teluridu manganu souvisí se symetriemi, které nedávno využili kolegové z Fyzikálního ústavu ke klasifikaci tohoto materiálu jako altermagnetu,“ uvedl korespondující autor článku Jan Kuneš z Masarykovy univerzity a dodal: „Experimenty provedené na Diamond Light Source potvrdily naši teoretickou předpověď a představují první pozorování tohoto jevu jinak běžně používaného při studiu feromagnetů.“
Příbuzný jev, lineární dichroismus (XMLD), studují vědci u teluridu manganu ve Fyzikálním ústavu již od roku 2017. Karel Výborný a Dominik Kriegner zkoumali orientaci magnetických momentů v tomto materiálu vzhledem ke krystalografickým směrům. Modely opírající se o teorii funkcionálu hustoty (DFT z angl. density functional theory) však vykazovaly s naměřenými daty jen méně uspokojivou shodu a magnetické uspořádání v měřeném vzorku nebylo homogenní. Jeho rozpad na magnetické domény intepretaci velmi komplikoval.
Chybějícím dílkem skládačky byl nakonec právě cirkulární dichroismus, avšak i modely bylo nutné ještě zdokonalit. „Teoretická předpověď XMCD vyžaduje vysoce přesné modelování interakce mezi vysokoenergetickým rentgenovým zářením (přibližně 650 elektronvoltů) a množstvím elektronů v pevné látce, které jsou nositeli spinu," vysvětluje Atsushi Hariki z Metropolitní univerzity v Osace a zároveň poukazuje na souvislost s magnetismem: „úspěšnou předpověď umožnil až Andersonův model využívající DFT v kombinaci s metodou dynamického středního pole.“ Spektrální závislost cirkulárního dichroismu (závislost XMCD na vlnové délce nebo ekvivalentně na energii) znázorněná na grafu pak lze přirovnat k "otisku prstu" magnetického uspořádání v daném materiálu.
V tomto stádiu výzkumu se tým rozhodl svoje převážně teoretické výsledky sepsat a vzniklý rukopis byl odeslán do redakce časopisu. Proběhlo recenzní řízení, a i když samotné výsledky nebyly nikterak zpochybněny, doporučili recenzenti redaktorovi rukopis k otištění nepřijímat s odkazem na vysoké standardy publikací v časopise Physical Review Letters. Jako nezbytnou podmínku pro přijetí označili experimentální potvrzení předpovědi. Experimenty však ve skutečnosti probíhaly souběžně s recenzním řízením, a než byly recenzní posudky hotovy, naměřili již naši britští kolegové první slibná data.
Tenké vrstvy materiálu připravili již dříve vědci z Nottinghamské univerzity a převezli je v ultravysokém vakuu do Diamondu, britského národního synchrotronového rentgenového zařízení. „Hledali jsme změny v absorpci rentgenového záření za specifických experimentálních podmínek, které znesnadňovaly jejich měření,“ říká jeden z hlavních experimentátorů podílejících se na této práci, Kevin Edmonds. „Když se signál vynořil z šumu pozadí, pozoruhodně dobře souhlasil s předpovědí teorie.“ Vysoká míra shody naměřených dat s předpovědí udělala na recenzenty dojem a rukopis byl přijat.
Díky popsanému objevu nyní vědci mohou cirkulární dichroismus (při vhodně zvolené energii rentgenového záření) využít k určení magnetického stavu MnTe.
V kombinaci s lineárním dichroismem a fotoemisní mikroskopií lze v tomto materiálu nebo jiných altermagnetech zkoumat také magnetické textury. „Nyní máme k dispozici zcela nový způsob studia magnetických materiálů se zanedbatelnou magnetizací, které se v přírodě vyskytují mnohem častěji než feromagnety,“ vysvětluje Tomáš Jungwirth z FZU. Vizualizace submikrometrových magnetických domén a nanotextur v MnTe se ostatně již nedávno podařila a preprint článku na toto téma byl zveřejněn před několika málo dny.