Fizycy odkrywają pochodzenie „śpiewaków” w magnesach 2D

Fizycy zajmujący się ryżem potwierdzili topologiczne pochodzenie magnetonów, cech magnetycznych, które odkryli trzy lata temu w dwuwymiarowym materiale, który może być przydatny do kodowania informacji w wirujących elektronach.

To odkrycie zostało opisane w badaniu opublikowanym w tym tygodniu online w czasopiśmie American Physical Society X. przegląd fizyczny, pozwala lepiej zrozumieć wzbudzenia spinowe sterowane topologią w materiałach znanych jako dwuwymiarowe magnesy van der Waalsa. Materiały zyskują coraz większe zainteresowanie inferoelektroniką, ruchem w społeczności elektroniki półprzewodnikowej w kierunku technologii wykorzystujących spiny elektronów do kodowania informacji do obliczeń, przechowywania i komunikacji.

Spin jest nieodłączną cechą obiektów kwantowych, a spiny elektronów odgrywają główną rolę w wywoływaniu magnetyzmu.

Fizyk ryżu Pengcheng Dai, współautor książki X. przegląd fizyczny W badaniu stwierdzono, że eksperymenty z nieelastycznym rozpraszaniem neutronów na materiale dwuwymiarowym z trijodem chromu potwierdziły pochodzenie topologicznej natury wzbudzenia spinowego, zwanych magnonami, które jego grupa i inni odkryli w materiale w 2018 roku.

Day powiedział, że ostatnie eksperymenty grupy w Oak Ridge National Laboratory (ORNL) fragmentacji źródła neutronów wykazały, że „sprzężenie spinowo-spinowe prowadzi do asymetrycznych interakcji między spinami” elektronów w trijodku chromu. W rezultacie, spiny elektronów są odczuwalne pole magnetyczne Jądra poruszają się inaczej, a to wpływa na ich wzbudzenia topologiczne”.

W materiałach van der Waalsa atomowo cienkie warstwy 2D są ułożone w stos jak strony książki. Atomy w warstwach są ściśle związane, ale wiązania między warstwami są słabe. Materiał jest przydatny do odkrywania niezwykłych zachowań elektronicznych i magnetycznych. Na przykład dwuwymiarowy arkusz trijodku chromu ma ten sam układ magnetyczny, który sprawia, że ​​etykiety magnetyczne przyklejają się do metalowej lodówki. Stosy trzech lub więcej dwuwymiarowych warstw również mają ten układ magnetyczny, który nazywają fizyką ferromagnetyczną. Ale dwie ułożone w stos płytki trijodku chromu mają przeciwny układ zwany antymagnetycznym.

To dziwne zachowanie skłoniło Dai i jego współpracowników do przestudiowania materiału. Absolwent Rice Liping Chen, główny autor książki w tym tygodniu X. przegląd fizyczny W badaniu i badaniu z 2018 r. w tym samym czasopiśmie opracowano metody wytwarzania i wyrównywania arkuszy trijodku chromu do eksperymentów w ORNL. Bombardując te próbki neutronami i mierząc powstałe wzbudzenie spinowe za pomocą spektrometru czasu przelotu neutronów, Chen i Dai wraz z kolegami mogą dostrzec nieznane cechy i zachowania materiału.

W swoich poprzednich badaniach naukowcy wykazali, że trijodek chromu wytwarza swoje pole magnetyczne dzięki magnonom poruszającym się tak szybko, że czują się, jakby poruszali się bez oporu. Day powiedział, że najnowsze badanie wyjaśnia, dlaczego dwuwymiarowy stos trijodku chromu ma układ antymagnetyczny.

„Znaleźliśmy dowody na uporządkowanie magnetyczne oparte na ułożeniu materiału” – powiedział Day. Odkrycie głównych początków i cech państwa jest ważne, ponieważ można je znaleźć w dwuwymiarowym magnesie van der Waalsa.

Dodatkowymi współautorami są Ben Zhao z Rice, Jay Ho Chung z Korea University, Matthew Stone, Alexander Kolesnikov, Barry Wen, Ovidio Garlia i Douglas Abernathy z ORNL oraz Mathias Augustin i Elton Santos z Uniwersytetu w Edynburgu.