Harmonisk elektronisk struktur fører til forbedrede kvantematerialer

Den elektroniske struktur af metalliske materialer bestemmer opførselen af ​​elektrontransport. Magnetiske Weyl-halvmetaller har en unik topologisk elektronisk struktur - elektronens bevægelse er dynamisk forbundet med dens spin. Disse Weyl-halvmetaller er blevet de mest spændende kvantematerialer, der giver mulighed for dissipationsfri transport, lav effekt drift, og eksotiske topologiske felter, der kan accelerere elektronernes bevægelse i nye retninger. Forbindelserne Co ₃ Sn ₂ S ₂ og Co ₂ MnGa, for nylig opdaget af Felser-gruppen, har vist nogle af de mest fremtrædende effekter på grund af et sæt af to topologiske bånd.

Forskere ved Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids i Dresden, University of South Florida i USA, og kolleger har opdaget en ny mekanisme i magnetiske forbindelser, der kobler flere topologiske bånd. Koblingen kan markant forstærke virkningerne af kvantefænomener. En sådan effekt er den unormale Hall-effekt, der opstår med spontane symmetri-brydende tids-vendende felter, der forårsager en tværgående acceleration til elektronstrømme. Effekterne observeret og forudsagt i enkeltkrystaller af Co ₃ Sn ₂ S ₂ og Co ₂ MnGa viser en betydelig stigning sammenlignet med konventionelle magneter.

I den aktuelle publikation, forskerne udforskede forbindelserne XPt ₃ , hvor de forudsagde en unormal Hall-effekt næsten dobbelt så stor som de tidligere forbindelser. Den store effekt skyldes sæt af sammenfiltrede topologiske bånd med den samme chiralitet, som synergistisk accelererer ladede partikler. Interessant nok, båndenes chiralitet kobles til magnetiseringsretningen og bestemmer retningen for accelerationen af ​​de ladede partikler. Denne chiralitet kan ændres ved kemisk substitution. De teoretiske resultater af CrPt ₃ vis den maksimale effekt, hvor MnPt3 signifikant reducerede effekten på grund af ændringen i rækkefølgen af ​​de chirale bånd.

Avancerede tynde film af CrPt ₃ blev dyrket på Max Planck Instituttet. Forskerne fandt i forskellige film en uberørt anomal Hall-effekt, robust mod uorden og temperaturvariationer. Resultatet er en stærk indikation af, at den topologiske karakter dominerer selv ved endelige temperaturer. Resultaterne viser at være næsten dobbelt så store som enhver iboende effekt målt i tynde film. Fordelen ved tynde film er den lette integration i kvanteenheder med et samspil af andre friheder, såsom opladning, spin, og varme. XPt ₃ film viser mulig udnyttelse af Hall-sensorer, ladning-til-spin konvertering i elektroniske enheder, og ladning-til-varme konvertering i termoelektriske enheder med en så stærk respons.