Bevis på fononkiralitet fra urenhedsspredning i den antiferromagnetiske isolator strontium iridiumoxid

Holdets eksperimentelle resultater indikerede, at fononer underbyggede den THE, de observerede i cuprat-isolatorer, men den fysiske mekanisme, hvorigennem de muliggjorde denne effekt, forblev ukendt. Deres arbejde inspirerede efterfølgende mange teoretiske fysikere til at give en mulig forklaring på denne mekanisme, herunder Kivelson ved Stanford University, Sachdev ved Harvard University, Allan MacDonald ved Texas University og Leon Balents ved KITP Santa Barbara.

"Vores eksperimentelle tilgang har været at søge efter fononen THE i en bred vifte af materialer," forklarede Taillefer. "Et sådant materiale er den antiferromagnetiske isolator Cu₃ TeO₆ . En anden er den iridate Sr₂ IrO₄ , som er emnet for vores seneste artikel i Nature Physics ."

Som en del af deres nylige undersøgelse søgte Taillefer og hans kolleger derfor specifikt efter virkningen af ​​urenheder på den fononinducerede THE i Sr₂ IrO₄ . For at gøre dette introducerede deres samarbejdspartner Véronique Brouet ved Laboratoire de Physique des Solides ved Université Paris-Saclay to typer urenheder i materialet; først rhodium (Rh) urenheder og derefter lanthan (La) urenheder.

"Den store overraskelse var den enorme forbedring af THE, som vi så, da en lille koncentration af Rh-urenheder blev tilføjet," sagde Taillefer. "Vi observerede en 70-fold stigning, hvor kun 5% af Rh erstattede Ir. Dette er en stærk indikation af, at fononen THE er forårsaget af spredning af fononer fra urenheder, der er indlejret i et antiferromagnetisk miljø (i dette tilfælde IrO₂ lag)."

De nye resultater indsamlet af Taillefer og hans kolleger antyder en mulig mekanisme, der kunne understøtte fononen THE observeret i Sr₂ IrO₄ . Denne mekanisme involverer spredning af fononer af urenheder, muligvis gennem resonansprocesser som dem foreslået af Kivelson eller Sachdev. I mellemtiden planlægger forskerne at fortsætte deres forskning i THE-effekten med fokus på forskellige andre materialer.

"En retning for fremtidig forskning vil være at se, om materialer, der er kandidater til kvantespin flydende tilstande, genererer en THE, der ikke er fra fononer, men snarere fra eksotiske emergent excitationer, såsom Majorana fermioner eller spinoner," tilføjede Taillefer.

"Kandidatmaterialer inkluderer RuCl₃ og Na₂ Cu₂ TeO₆ . En anden retning, denne gang for fononen THE, vil være at forstå, hvordan nogle materialer kan generere en THE, når det påførte magnetfelt er parallelt med varmestrømmen; den såkaldte 'plane THE.' Forvirrende!"

I slutningen af ​​2023 udgav Taillefer og hans kolleger forskellige artikler, der undersøgte den plane THE i forskellige klasser af materialer. Deres undersøgelser har indtil videre fokuseret på frustrerede antiferromagnetiske isolatorer, Kitaev-materialer og cuprater.

Flere oplysninger: A. Ataei et al., Phonon-kiralitet fra urenhedsspredning i den antiferromagnetiske fase af Sr2IrO4, Nature Physics (2024). DOI:10.1038/s41567-024-02384-5.

Journaloplysninger: Naturfysik

© 2024 Science X Network