Elektroniske veje kan forstærke den kollektive atomare vibrationsmagnetisme

Nu har et internationalt team af forskere ledet af Felix Hernandez fra Brasiliens Universidade de São Paulo og Rice assisterende forskningsprofessor Andrey Baydin offentliggjort en undersøgelse, der beskriver de indviklede forbindelser mellem de magnetiske egenskaber af disse kvantehvirvlende dervisher og et materiales underliggende topologi af den elektroniske båndstruktur. , som bestemmer rækkevidden af ​​energiniveauer, som elektroner har i sig.

Denne opdagelse tilføjer den voksende viden om fononer og åbner døren ikke kun for mere effektiv fononmanipulation via magnetiske felter, men også for udvikling af avancerede materialer.

I en tidligere undersøgelse anvendte Baydin og kolleger et magnetfelt til bly tellurid, et simpelt halvledermateriale. Da de gjorde det, så de, at fononerne holdt op med at vibrere på en lineær måde og blev chirale og bevægede sig i en cirkulær bevægelse.

"Chirale fononer interagerer med hinanden anderledes end fononer, der bevæger sig lineært," sagde Baydin. "Hvis vi forstod egenskaberne ved disse interaktioner, kunne vi gøre brug af dem. Forskellige egenskaber kunne realisere forskellige potentielle anvendelser i materialer."

Efter at have bemærket, at chirale fononers magnetiske moment var ret lille i det materiale, de først fokuserede på, spekulerede gruppen på, om ændring af materialets topologi - eller elektroniske båndstruktur - ville påvirke magnetiske egenskaber. For at besvare dette spørgsmål testede forskerne et nyt materiale kaldet en krystallinsk topologisk isolator.

"Vi tog bly-telluridet og tilføjede tin til det," sagde Baydin. "Hvis du tilføjer nok, sker der noget, der kaldes båndinversion, hvilket skaber topologisk beskyttede overfladetilstande. Disse materialer er fascinerende, fordi de isolerer i bulk, men har ledende elektroniske overfladetilstande ⎯ en meget lovende funktion, der kunne udnyttes i nye elektroniske enheder."

Yderligere eksperimenter afslørede, at de chirale fononers magnetiske moment var to størrelsesordener større i det topologiske materiale end i materialet uden en sådan elektronisk topologi.

"Vores resultater afslører overbevisende ny indsigt i de magnetiske egenskaber af fononer i dette materiale og understreger den indviklede forbindelse mellem de magnetiske egenskaber af chirale fononer og materialets underliggende elektroniske båndstrukturtopologi," sagde Baydin. Han tilføjede, at gruppen planlægger at udføre yderligere eksperimenter for bedre at forstå andre aspekter af fononadfærd i fremtiden.

Tay tilføjede, at disse resultater, som viser, at fononernes magnetiske moment er væsentligt forbedret i topologiske materialer, kan hjælpe materialeforskere med at søge og designe materialer med større fononmagnetiske momenter efter behov til forskellige enhedsapplikationer.

"Denne observation giver ny indsigt i, hvordan man kontrollerer og manipulerer fononegenskaber for at ændre termisk ledningsevne," sagde Tay. "Yderligere rejser samspillet mellem chirale fononer og elektronisk strukturtopologi muligheden for, at den topologiske fase kan påvirkes ved at kontrollere fononerne."

Flere oplysninger: Felix G. G. Hernandez et al., Observation af samspil mellem fononkiralitet og elektronisk båndtopologi, Science Advances (2023). DOI:10.1126/sciadv.adj4074

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af Rice University