Tre kendte forskere:Heusler, Weyl og Berry

Forskere ved Max Planck Institute Chemical Physics of Solids har skrevet et review paper om magnetiske topologiske materialer i familien af ​​Heusler -forbindelser. Gennemgangen forklarer sammenhængen mellem topologi, symmetri og magnetisme på et niveau, der er velegnet til bachelorstuderende i fysik, kemi og materialevidenskab med en basal viden om kondenseret fysik.

Fritz Heusler (1866-1947), Hermann Weyl (1885-1955) og Michael Berry (1941-) er tre anerkendte forskere, hvis arbejde har ført til ny og vigtig indsigt i materialevidenskab, topologi og kondenseret stof fysik. Disse tre videnskabelige områder er for nylig kommet sammen med opdagelsen af ​​nye og spændende kvanteegenskaber i nye materialeklasser, som kunne muliggøre ny videnskab, herunder computingteknologier og katalyse.

Heusler er navnet på opdageren af ​​for det meste magnetiske forbindelser, der var interessante for ganske lang tid siden. Men disse forbindelser blev for nylig fundet at være vært for ikke-trivielle topologiske egenskaber, der åbner et stort felt af ny fysik. Gemt i energibåndstrukturen af ​​disse materialer er enestående punkter, der kan beskrives med matematiske værktøjer, der stammer fra Weyl; disse punkter er forbundet med opdagelsen af ​​kvasi-partikler, der nu kaldes Weyl fermioner. De findes ikke blandt elementarpartiklerne i højenergifysik, men vi mener, at de findes i faste materialer og bestemmer deres topologi. Det tredje navn Berry står for de målbare effekter, der afslører fysikken ved hånden. Under visse veldefinerede betingelser eksisterer der et vektorfelt, ligner magnetfeltet, kaldes Berry -krumningen. Det bestemmer størrelsen af ​​en række vigtige effekter, såsom den unormale Hall -effekt og Spin Hall -effekten. Det er eksperimentelistens kunst at passende ændre materialerne for at justere Berry -krumningen og dermed gøre topologien synlig. I denne anmeldelse er der givet et stort antal eksempler på forskellige symmetriegenskaber ved Heusler -forbindelser, en stor klasse af materialer, der nemt kan indstilles til at vise ferromagnetiske, antiferromagnetisk, ikke-kollinær eller kompenseret magnetisk orden. Disse magnetiske ordener giver anledning til udtalte elektriske og termoelektriske effekter, hvis fingeraftryk afsløres og forklares, herunder partikellignende hvirvelspinstrukturer, de antiskyrmions, der er typiske for en bestemt delmængde af Heusler -forbindelser.

I betragtning af det store antal eksisterende uorganiske forbindelser og det nyligt foreslåede store antal ikke -magnetiske topologiske materialer, Heusler-forbindelser tjener som et modelsystem for forståelsen og indvirkningen af ​​magnetisme på topologi. Brydetidsvendingssymmetri via magnetisme eller et eksternt magnetfelt kan føre til endnu større effekter end i ikke-magnetiske materialer baseret på den store adskillelse mellem Weyl-punkter med forskellige chiraliteter. Baseret på en systematisk undersøgelse af Heusler-materialer forudsiger vi, at der er et stort antal magnetiske topologiske materialer, der venter på at blive opdaget.

Med hensyn til ansøgninger, den store Nernst -effekt og klassiske og kvante Hall -effekter omkring stuetemperatur baseret på de høje Curie -temperaturer i Heusler -forbindelser og deres pårørende har potentiale til at få stor indflydelse på energiomsætning og kvanteelektroniske apparater til spintronik eller kvanteberegning.