Spintronics of antiferromagnets is a new and rapidly developing field of the physics of magnetism. Even without macroscopic magnetization, antiferromagnets, similar to ferromagnetic materials are affected by spin-polarized current, and as in ferromagnets this phenomenon is based on a spin-dependent interaction between localized and free electrons. However, due to the nature of antiferromagnetic materials (complex magnetic structure, essential role of exchange interactions, absence of macroscopic magnetization) the study of possible spintronic effects requires new theoretical and experimental approaches. The purpose of this review is to systemize and describe recent developments in this area. After presenting the main features of structure and behavior of antiferromagnets various microscopic and phenomenological models for description of the current-induced phenomena in heterostructures containing ferro- and antiferromagnetic layers are considered. The questions related to an effect of antiferromagnetic ordering on an electric current, as well as the questions of possible creation of fully antiferromagnetic spin valves are discussed. In addition, we briefly discuss available experimental results and try to interpret them.

Abstract Using antiferromagnets as active elements in spintronics requires the ability to manipulate and read-out the Néel vector orientation. Here we demonstrate for Mn 2 Au, a good conductor with a high ordering temperature suitable for applications, reproducible switching using current pulse generated bulk spin-orbit torques and read-out by magnetoresistance measurements. Reversible and consistent changes of the longitudinal resistance and planar Hall voltage of star-patterned epitaxial Mn 2 Au(001) thin films were generated by pulse current densities of ≃10 7 A/cm 2 . The symmetry of the torques agrees with theoretical predictions and a large read-out magnetoresistance effect of more than ≃6% is reproduced by ab initio transport calculations.

Recent experiments show that spin-polarized current may influence the state of generally accessory element of spin valves, an antiferromagnetic (AFM) layer, which is used for ``pinning.'' Here we study the dynamics of AFM component of the ``pinned'' ferromagnetic (FM) layer induced by simultaneous application of the spin-polarized current and external magnetic field. We find stability range of such a configuration of FM/AFM system in which orientation of FM magnetization is parallel to AFM vector. We calculate the field dependence of the critical current for different orientations of the external magnetic field with respect to the crystal axes of FM/AFM bilayer. We show the possibility of stable current-induced precession of AFM vector around FM magnetization with the frequency that linearly depends on the bias current. Furthermore, we estimate an optimal duration of the current pulse required for switching between different states of FM/AFM system and calculate the current and field dependencies of switching time. The results obtained reveal the difference between dynamics of ferromagnets and antiferromagnets subjected to spin transfer torques.

We demonstrate the possibility to drive an antiferromagnetic domain wall at high velocities by fieldlike Néel spin-orbit torques. Such torques arise from current-induced local fields that alternate their orientation on each sublattice of the antiferromagnet and whose orientation depends primarily on the current direction, giving them their fieldlike character. The domain wall velocities that can be achieved by this mechanism are 2 orders of magnitude greater than the ones in ferromagnets. This arises from the efficiency of the staggered spin-orbit fields to couple to the order parameter and from the exchange-enhanced phenomena in antiferromagnetic texture dynamics, which leads to a low domain wall effective mass and the absence of a Walker breakdown limit. In addition, because of its nature, the staggered spin-orbit field can lift the degeneracy between two 180° rotated states in a collinear antiferromagnet, and it provides a force that can move such walls and control the switching of the states.

Altermagnets are compensated magnets belonging to spin symmetry groups that allow alternating spin polarizations both in the coordinate space of the crystal and in the momentum space of the electronic structure. In these materials the anisotropic local crystal environment of the different sublattices lowers the symmetry of the system so that the opposite-spin sublattices are connected only by rotations. This results in an unconventional spin-polarized band structure in the momentum space. This low symmetry of the crystal structure is expected to be reflected in the anisotropy of the anomalous Hall effect. In this work, we study the anisotropy of the anomalous Hall effect in epitaxial thin films of ${\mathrm{Mn}}_{5}{\mathrm{Si}}_{3}$, an altermagnetic candidate material. We first demonstrate a change in the relative N\'eel vector orientation when rotating the external field orientation through systematic changes in both the anomalous Hall effect and the anisotropic longitudinal magnetoresistance. We then show that the anomalous Hall effect in this material is anisotropic with the N\'eel vector orientation relative to the crystal structure and that this anisotropy requires high crystal quality and unlikely stems from the magnetocrystalline anisotropy. Our results thus provide further systematic support to the case for considering epitaxial thin films of ${\mathrm{Mn}}_{5}{\mathrm{Si}}_{3}$ as an altermagnetic candidate material.