Ученые открыли новые свойства материала TbMn6Sn6, которые могут найти применение в электронике

Группа специалистов из Национальной лаборатории Эймса провела углубленное исследование магнетизма TbMn6Sn6, слоистого топологического магнита кагоме.

Они с удивлением обнаружили, что переориентация магнитных спинов в TbMn6Sn6 происходит за счет генерации все большего числа магнитно-изотропных ионов при повышении температуры.

Роб Маккуини, ученый из лаборатории Эймса и руководитель проекта, пояснил, что в материале TbMn6Sn6 присутствуют два различных магнитных иона — тербия и марганца. Направление моментов марганца контролирует топологическое состояние, «но именно момент тербия определяет направление, в котором направлен марганец», — сказал он.

Идея заключается в том, что у вас есть эти два магнитных вида, и именно комбинация их взаимодействий контролирует направление момента.

В этом слоистом материале существует магнитный фазовый переход, который происходит при повышении температуры. Во время этого фазового перехода магнитные моменты меняют направление с перпендикулярного слою кагоме, или одноосного, на направленное внутри слоя, или планарное. Этот переход называется спиновой переориентацией.

Маккуини пояснил, что в металлах кагоме направление спина контролирует свойства топологических электронов или электронов Дирака. Дираковские электроны возникают там, где магнитные полосы соприкасаются в одной точке. Однако магнитный порядок приводит к образованию зазоров в точках соприкосновения полос. Этот зазор стабилизирует состояние топологического изолятора Черна.

Таким образом, можно перейти от полуметалла Дирака к изолятору Черна, просто изменив направление момента, — сказал он.

В рамках исследования TbMn6Sn6 команда провела эксперименты по неупругому рассеянию нейтронов на Spallation Neutron Source, чтобы понять, как магнитные взаимодействия в материале приводят к переходу спиновой переориентации. Маккуини отметил, что при низких температурах тербий стремится быть одноосным, а марганец — планарным, поэтому они противоречат друг другу.

По словам Маккуини, поведение при очень низких и очень высоких температурах соответствует ожиданиям. При низких температурах тербий одноосный (с электронными орбиталями в форме эллипсоида). При высоких температурах тербий магнитно изотропен (со сферической формой орбиталей), что позволяет планарному Mn определять направление общего момента. Команда предполагала, что каждая тербиевая орбиталь будет постепенно деформироваться от эллипсоида к сферической. Вместо этого они обнаружили, что оба типа тербия существуют при промежуточных температурах, однако популяция сферического тербия увеличивается с ростом температуры.

Итак, мы определили, как магнитные возбуждения эволюционируют из одноосного состояния в состояние легкой плоскости в зависимости от температуры. И давнее предположение о том, как это происходит, оказалось верным, — говорит Маккуини.

Но нюанс заключается в том, что нельзя рассматривать каждый тербий как абсолютно одинаковый на каком-то временном масштабе. Каждый участок тербия может существовать в двух квантовых состояниях, одноосном или изотропном, и если я смотрю на участок, то в какой-то момент времени он находится либо в одном, либо в другом состоянии. Вероятность того, что он одноосный или изотропный, зависит от температуры. Мы называем это орбитальным бинарным квантовым сплавом.

Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

10.07.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

В ИТМО выяснили, как динамические системы переходят к хаосу
В ИТМО выяснили, как динамические системы переходят к хаосу

В Университете ИТМО ученые объяснили, как ...

Applied Physics Express: Изобретен компактный лазер для дезинфекции
Applied Physics Express: Изобретен компактный лазер для дезинфекции

Первый в мире компактный синий полупровод...

PNAS: Создан реактор для безопасной добычи лития из соляных растворов
PNAS: Создан реактор для безопасной добычи лития из соляных растворов

Новое устройство, которое позволяет добывать л...

В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья
В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья

Более дешевые металлогидридные накопители водо...

Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати
Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати

Новый метод производства цифрового света для&n...

AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику

Электроны вращаются без электрического за...

Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новый программный комплекс представили ученые ...

В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G
В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G

Уникальные фильтры для импульсной терагер...

Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет
Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет

Физическая модель, которая описывает взаимодей...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Тайны квинтета Стефана раскрыты: новое слово в изучении космоса
Тайны квинтета Стефана раскрыты: новое слово в изучении космоса
Genome Biology: Выяснилось, что скрывает ДНК древних жителей центральной Италии
Genome Biology: Выяснилось, что скрывает ДНК древних жителей центральной Италии
PLOS CB: Случайные ошибки в исследованиях могут искажать историю эволюции
PLOS CB: Случайные ошибки в исследованиях могут искажать историю эволюции
В ИТМО выяснили, как динамические системы переходят к хаосу
В ИТМО выяснили, как динамические системы переходят к хаосу
Мемристоры сделают компьютеры будущего умными, как мозг
Мемристоры сделают компьютеры будущего умными, как мозг
В АлтГУ вывели штамм бактерий для замены антибиотиков в животноводстве
В АлтГУ вывели штамм бактерий для замены антибиотиков в животноводстве
В Японии предложили способ усовершенствовать дополненную реальность на смартфоне
В Японии предложили способ усовершенствовать дополненную реальность на смартфоне
Исследование НИУ ВШЭ: Курящего проще обвести вокруг пальца
Исследование НИУ ВШЭ: Курящего проще обвести вокруг пальца
Японские ученые обнаружили бактерию, которая поможет сохранить молодость кожи
Японские ученые обнаружили бактерию, которая поможет сохранить молодость кожи
Science: У шимпанзе есть слабо развитая культура
Science: У шимпанзе есть слабо развитая культура
В ТОГУ будут использовать лазерные сканеры для создания идеальных зданий
В ТОГУ будут использовать лазерные сканеры для создания идеальных зданий
SciAdv: На Марсе была горячая вода — найдено доказательство в древнем метеорите
SciAdv: На Марсе была горячая вода — найдено доказательство в древнем метеорите
В МФТИ создали бота для распознавания нот
В МФТИ создали бота для распознавания нот
EUSEM: Половина всех пациентов с сепсисом умирает в течение двух лет
EUSEM: Половина всех пациентов с сепсисом умирает в течение двух лет
В США доказали важность УЗИ плода на 20 неделе беременности
В США доказали важность УЗИ плода на 20 неделе беременности

Новости компаний, релизы

Дмитрий Чернышенко провел рабочую встречу с главой Татарстана Рустамом Миннихановым
Нижегородский завод продемонстрировал разработанные по нацпроекту материалы на AMTEXPO
Делегация Набережночелнинского педагогического университета прибыла в Алжир
Международная научно-практическая конференция прошла в дагестанском вузе
В Москве открыт памятник «отцу» советского ядерного оружия