Manyetizma ile elektronik enerji bandı topolojisini birbirine bağlayan mikro mekanizma, elektronlar kütleleri yokmuş gibi davranırlar!
Topoloji, elektronik özellikler ve kuantum manyetizmayı birleştiren malzemeler, gösterdikleri kuantum çok cisim fiziği ve bunların elektronik bileşenlerdeki olası uygulamaları için çok heyecan verici. Fizikçiler şimdi böyle bir malzeme için manyetizma ve elektronik enerji bandı topolojisini birbirine bağlayan mikroskobik bir mekanizma oluşturdular. Dirac maddesi, ilginç özelliklere sahip ilginç bir malzeme sınıfıdır: Bu malzemelerdeki elektronlar, kütleleri yokmuş gibi davranırlar. Dirac malzemesinin en göze çarpan maddesi grafendir, ancak son 15 yılda başka maddeler de keşfedilmiştir.
Her biri, bazıları elektronik ürünler için yeni bileşenler sağlayabilen garip elektronik davranışları keşfetmek için zengin bir oyun alanıdır. Bununla birlikte, manyetik malzemeye açık bir şekilde bağlanan elektronik şeritlerin topolojisinin çok az örneği vardır. Topolojik elektronik durumlar ile manyetizma arasında etkileştiği gözlemlenen bir malzeme CaMnBi2'dir, ancak ikisini birbirine bağlayan mekanizma belirsizdir. Doktora sonrası araştırmacı Run Yang ve Zürih Teknoloji Üniversitesi Katı Hal Fizik Laboratuvarı'nda Profesör Leonardo Degiorgi'nin Spektroskopi Grubunda doktora öğrencisi Matteo Corasaniti, Brookhaven Ulusal Laboratuvarı ve Çin Bilimler Akademisi'nden meslektaşları ile birlikte Physical Review Letters'da yeni bir çalışma yayınladı.
Örnek: antiferromanyetik (üst) ve antiferromanyetik tilt (alt). İkinci durumda, spin kolay c eksenine göre eğilir ve bu da eksene dik düzlemde ferromanyetik katkı sağlar (yeşil Ok gösterir)
Bu kapsamlı çalışma, spin tilt denen manyetik ana hafif bir itmenin elektronik enerji bandı yapısında büyük değişikliklere neden olabileceğine dair net kanıtlar sağlar. CaMnBi2 ve ilgili bileşik SrMnBi2, kuantum manyetizması gösterir, yani manganez iyonları, Dirac elektronları taşırken, oda sıcaklığında ve daha düşük sıcaklıklarda antiferromanyetiktir. Bilim adamları bu iki özellik arasında bir etkileşim olduğundan şüpheleniyorlar. ~ 50K'da, bu malzemelerin iletken özellikleri beklenmedik bir şekilde "çarpmalar" gibi görünüyor. Ancak şimdiye kadar, bu anormalliğin kesin doğası hakkında çok az şey biliniyor.
Optik özellikler üzerine yapılan ilk araştırmalarda, Corasaniti, Yang ve meslektaşları malzemelerin elektronik özellikleriyle bir bağlantı kurdular.Bazı kalsiyum atomlarını sodyum ile değiştirerek taşıma özelliklerindeki dışbükey anormalliklerin olabileceği gerçeğinden yararlandılar. Sıcaklıktaki değişiklikler. Gözlemlenen davranışın mikroskobik kaynağını belirlemek için, farklı sodyum katkılı numuneler tork manyetometrisi kullanılarak incelenmiştir. Bu teknolojide, manyetik numune uygun bir güçlü manyetik alana maruz bırakıldığında, manyetik numune üzerindeki torku ölçmek için dünyanın manyetik alanı ile hizalanmış bir pusula gibidir.Bu yöntem, araştırma ekibinin anomalinin kökenini bulmasını sağlar.
Manyetizma ve elektrik arasındaki bağlantı
Manyetik tork deneyinde araştırmacılar, elektron taşıma ölçümünde anormal sıcaklığın gözlenmediği sıcaklıklarda manyetik davranışın antiferromıknatıslara benzer olduğunu buldular. Bununla birlikte, anormalliğin ortaya çıktığı sıcaklıkta, bir ferromanyetik bileşen ortaya çıkar. Bu, manyetik momentin orijinal antiferromanyetik düzenin kolay dönebilen c eksenine ortogonal bir düzleme yansıtılmasıyla açıklanabilir. Bu fenomen, kendi kendine dönme olarak adlandırılır. Döndürme eğimi, süper değişim mekanizması denen mekanizmadan kaynaklanır. Bu iki deney grubu (optik ve tork ölçümü), ilk prensip hesaplamalarıyla desteklenir.
Özellikle, hesaplamada spin eğimi dikkate alındığında, manganez ve bizmut atomları arasında özel bir hibridizasyon bulunur, bu da ara katman manyetik bağlanmasına aracılık eder ve malzemedeki elektronik özellikleri kontrol eder. Özetle, bu çalışma manyetizma ile elektronik bant yapısındaki değişiklikler arasında doğrudan bir bağlantı kurar ve bu, taşıma özelliklerinin dışbükey anormalliğinde yansıtılır. Bu bulgular, CaMnBi2 ve ilgili bileşiklerin elektronik özelliklerinin yanı sıra bu ilginç madde biçimlerindeki manyetik ve topolojik durumlar arasındaki bağlantının yarattığı olasılıkları keşfetmenin kapısını açıyor.
Brocade | Araştırma / Gönderen: ETH Zürih
Referans dergisi "Physics Review Letters"
Brocade Park Bilim, Teknoloji, Bilimsel Araştırma, Popüler Bilim
Takip edin Bokeyuan Daha fazlasını görün Damei Universe Science
