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

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло
Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло

Если проникнуть глубоко-глубоко под повер...

Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак
Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак

Загрязнения, извергаемые бурно развивающейся м...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса