Nyligt opdagede magnetiske interaktioner kan føre til nye måder at manipulere elektronstrømmen på

Nyopdagede magnetiske interaktioner i Kagome lagdelte topologiske magnet TbMn₆ Sn₆ kunne være nøglen til at tilpasse, hvordan elektroner strømmer gennem disse materialer. Forskere fra det amerikanske energiministeriums Ames National Laboratory og Oak Ridge National Laboratory gennemførte en dybdegående undersøgelse af TbMn₆ Sn₆ for bedre at forstå materialet og dets magnetiske egenskaber. Disse resultater kan påvirke fremtidige teknologiske fremskridt inden for områder som kvanteberegning, magnetiske lagringsmedier og højpræcisionssensorer.

Kagomes er en type materiale, hvis struktur er opkaldt efter en traditionel japansk kurvefletningsteknik. Vævningen producerer et mønster af sekskanter omgivet af trekanter og omvendt. Arrangementet af atomerne i Kagome-metaller gengiver vævemønsteret. Denne egenskab får elektroner i materialet til at opføre sig på unikke måder.

Faste materialer har elektroniske egenskaber styret af egenskaberne ved deres elektroniske båndstruktur. Båndstrukturen er stærkt afhængig af atomgitterets geometri, og nogle gange kan bånd vise specielle former såsom kegler. Disse specielle former, kaldet topologiske træk, er ansvarlige for de unikke måder, elektroner opfører sig på i disse materialer. Især Kagome-strukturen fører til komplekse og potentielt indstillelige funktioner i de elektroniske bånd.

Brug af magnetiske atomer til at konstruere gitteret af disse materialer, såsom Mn i TbMn₆ Sn₆ , kan yderligere hjælpe med at inducere topologiske træk. Rob McQueeney, en videnskabsmand ved Ames Lab og projektlederen, forklarede, at topologiske materialer "har en særlig egenskab, hvor man under påvirkning af magnetisme kan få strømme, som flyder på kanten af ​​materialet, som er dissipationsfri, hvilket betyder, at elektroner spredes ikke, og de spreder ikke energi."

Holdet satte sig for bedre at forstå magnetismen i TbMn₆ Sn₆ og brugte beregninger og neutronspredningsdata indsamlet fra Oak Ridge Spallation Neutron Source til at udføre deres analyse. Simon Riberolles, en postdoc forskningsmedarbejder ved Ames Lab og medlem af projektteamet, forklarede den eksperimentelle teknik, som holdet brugte. Teknikken involverer en stråle af neutronpartikler, som bruges til at teste, hvor stiv den magnetiske orden er. "Arten og styrken af ​​de forskellige magnetiske interaktioner, der er til stede i materialerne, kan alle kortlægges ved hjælp af denne teknik," sagde han.

De opdagede, at TbMn₆ Sn₆ har konkurrerende interaktioner mellem lagene, eller det man kalder frustreret magnetisme. "Så systemet er nødt til at indgå et kompromis," sagde McQueeney, "normalt betyder det, at hvis du stikker i det, kan du få det til at gøre forskellige ting. Men det, vi fandt ud af i dette materiale, er, at selvom de konkurrerende interaktioner er der, der er andre interaktioner, der er dominerende."

Dette er den første detaljerede undersøgelse af de magnetiske egenskaber af TbMn₆ Sn₆ skal offentliggøres. "I forskning er det altid spændende, når man finder ud af, at man forstår noget nyt, eller man måler noget, der ikke er set før, eller er blevet forstået delvist eller på en anden måde," sagde Riberolles.

McQueeney og Riberolles forklarede, at deres resultater tyder på, at materialet potentielt kunne justeres til specifikke magnetiske egenskaber, for eksempel ved at ændre Tb for et andet sjældent jordelement, hvilket ville ændre forbindelsens magnetisme. Denne grundlæggende forskning baner vejen for fortsatte fremskridt inden for opdagelse af Kagome-metaller.

Denne forskning er yderligere diskuteret i papiret offentliggjort i Physical Review X . + Udforsk yderligere

Magnetisme genereret i 2D organisk materiale ved stjernelignende arrangement af molekyler