|
Строительные блоки для изучения новых экзотических состояний материи
|
|
|
|
Топологические изоляторы действуют как электрические изоляторы внутри, но проводят электричество по своей поверхности. Исследователи изучают экзотическое поведение некоторых из этих изоляторов, используя внешнее магнитное поле, чтобы заставить спины ионов внутри топологического изолятора быть параллельными друг другу. Этот процесс известен как нарушение симметрии обращения времени. Теперь исследовательская группа создала внутренний ферромагнитный топологический изолятор. Это означает, что симметрия обращения времени нарушается без приложения магнитного поля. Команда использовала комбинацию синтеза, инструментов характеристики и теории, чтобы подтвердить структуру и свойства новых магнитных топологических материалов. В процессе они обнаружили экзотический изолятор аксиона в MnBi8Te13.
|
|
|
|
Исследователи могут использовать магнитные топологические материалы для создания экзотических форм материи, которых нет в других типах материалов. Ученые считают, что явления, которые демонстрируют эти материалы, могут способствовать развитию квантовых технологий и повышению энергоэффективности будущих электронных устройств. Исследователи считают, что топологический изолятор, который по своей природе является ферромагнитным, а не приобретает свои свойства за счет добавления небольшого количества магнитных атомов, идеально подходит для изучения новых топологических поведений. Это связано с тем, что для изучения свойств материала не требуется внешнее магнитное поле. Это также означает, что магнетизм материала распределяет ся более равномерно. Однако ученые ранее сталкивались с проблемами при создании такого материала. Этот новый материал состоит из слоев атомов марганца, висмута и теллура. Это может предоставить возможности для изучения новых фаз материи и разработки новых технологий. Это также помогает исследователям изучать основные научные вопросы о квантовых материалах.
|
|
|
Исследовательская группа, возглавляемая учеными из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, разработала внутренний ферромагнитный топологический изолятор, создав соединение с чередующимися слоями MnBi2Te4 и Bi2Te3, связанными слабыми межслоевыми силами притяжения между молекулами. Ученые недавно обнаружили, что MnBi2Te4 является естественным магнитным топологическим материалом. Однако при непосредственном наложении слоев магнитного MnBi2Te4 друг на друга магнитные моменты в соседних слоях направлены в противоположные стороны, что делает материал в целом антиферромагнитным, теряя важные для технологий топологические аспекты свойств. Исследователи решили эту проблему, создав новое соединение с тремя немагнитными слоями Bi2Te3 между слоями MnBi2Te4, которые в совокупности создают MnBi8Te13. Этот дизайн материала увеличивает расстояние между слоями MnBi2Te4, что успешно устраняет антиферромагнитный эффект, приводя к дальнодействующему ферромагнетизму ниже 10,5 К с сильной связью между магнетизмом и носителями заряда.
|
|
|
|
Важными аспектами этого исследования были эксперименты по рассеянию нейтронов с помощью прибора DEMAND в высокопоточном изотопном реакторе (HFIR), которые точно определили, как атомы расположены в материале MnBi8Te13, и подтвердили его ферромагнитное состояние. Поскольку нейтроны обладают собственным магнитным моментом, их можно использовать для определения магнитной структуры внутри материала. Ученые дополнительно использовали эксперименты по фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением в Стэнфордском источнике синхротронного излучения, пользовательском объекте Министерства энергетики, а также основные принципы и расчеты теории функционала плотности для исследования электронного и топологического состояния материала. Объединив оценки всех этих методов, исследователи смогли подтвердить ферромагнитные и топологические свойства, соответствующие изолятору аксионов со значительными зазорами гибридизации поверхности и нетривиальным числом Черна.
|
|
|
|
Источник
|
