Магнитните топологични изолатори са екзотичен клас материали, които провеждат
Най-удивителното в новия квантов материал енеговите феромагнитни свойства се проявяват само когато някои от атомите сменят местата си, въвеждайки безпорядък. Подробности за разработката са публикувани в списанието Advanced Science.
Прекурсорен материал
Топологичен изолатор с феромагнетиксвойства са създадени на базата на друг материал. През 2019 г. международна изследователска група, ръководена от материалохимика Анна Исаева, тогава младши професор в ct.qmat (Сложност и топология в квантовата материя), направи сензация, като произведе първия в света антиферомагнитен топологичен изолатор – манганов телурид. -бисмут (MnBi₂Te₄ ).
Този материал има своя собствена вътрешнамагнитно поле, проправяйки пътя за нови видове електронни компоненти. Те ще могат да съхраняват информация с помощта на магнити и да я предават през повърхност без никакво съпротивление. Това ще революционизира компютрите, като ги направи по-устойчиви и енергийно ефективни. Откакто физиците откриха MnBi₂Te₄, изследователи по целия свят активно изучават различни аспекти на този обещаващ квантов материал в опит да отключат пълния му потенциал.
Основната разлика между новия квантов материал
Във феромагнитен материал MnBi₆Te₁₀Отделните манганови атоми са подредени успоредно, което означава, че всичките им магнитни моменти сочат в една и съща посока. Обратно, в неговия антиферомагнитен предшественик, MnBi₂Te₄, само магнитните моменти в рамките на един слой материал са подредени по този начин.
Ситуацията се промени от малка промяна в химикалакристален състав. В резултат на това топологичният изолатор MnBi₆Te₁0 се отличава с по-силно и по-надеждно магнитно поле от неговия антиферомагнитен предшественик.
Абстракция. Снимка: wirestock
„Успяхме да произведем квантов материалMnBi₆Te₁₀ по такъв начин, че да стане феромагнитен при температура от 12 Келвина. Въпреки че тази температура от -261 °C все още е твърде ниска за компютърни компоненти, това е първа стъпка“, обяснява проф. Владимир Хинков от Вюрцбург. Неговата група откри, че повърхността на материала има феромагнитни свойства, което му позволява да провежда ток без никакви загуби. Трябва да се отбележи, че по това време вътрешната му част не притежава тази характеристика.
Не само изследователската група ct.qmat се опита да създаде феромагнитен топологичен изолатор в лабораторията. „След успеха на MnBi₂Te₄, изследователи по целия свят започнаха да търсят нови кандидати за ролята на магнитни топологични изолатори. През 2019 г. четири различни групи синтезираха MnBi₆Te₁₀, но само в нашата лаборатория този необичаен материал показа феромагнитни свойства“, обяснява Исаева, сега професор по експериментална физика в университета в Амстердам.
Разстройство в атомната структура
Когато материали химици от ДрезденРъководството на Исаева измисли как да произведе кристален материал, те направиха невероятно откритие. Оказа се, че някои атоми трябва да бъдат преместени от първоначалния си атомен слой. С други думи, те трябваше да променят естественото местоположение в кристала.
Абстракция. Снимка: wirestock
„Разпределение на манганови атоми във всички слоевеКристалът кара околните атоми да променят своя магнитен момент в същата посока. Магнетичният ред става заразен”, обяснява Исаева. „Атомното разстройство, което наблюдаваме в кристала, обикновено се смята за разрушително в химията и физиката. Подредените атомни структури са по-лесни за изчисляване и по-разбираеми, но не винаги дават желания резултат“, добавя Хинков. „Именно това разстройство е критичният механизъм, поради който MnBi6Te10 става феромагнитен“, подчертава Исаева.
Кой направи изследването?
Учените ct.qmat от двата университета TU Dresden и JMU Würzburg, както и от Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) в Дрезден работиха заедно по новаторското изследване. Кристалите са приготвени от химици по материали, ръководени от Исаева (ТУ Дрезден). Масовият феромагнетизъм на пробите впоследствие беше открит в IFW, където д-р Хорхе И. Фацио разработи цялостна теория, за да обясни както неподредения феромагнетизъм на MnBi6Te10, така и неговите антиферомагнитни двойници. Екипът на Хинков от JMU Würzburg извърши измервания на жизненоважни повърхности.
Какво следва?
В момента изследователите работят върхупостигане на феромагнетизъм при значително по-високи температури. Те вече са постигнали първоначален напредък, достигайки около 70 Келвина (-203,15 °C). Учените също са изправени пред задачата да увеличат ултраниските температури, при които се появяват екзотични квантови ефекти, тъй като провеждането на ток без загуби започва само при температури от 1 до 2 Келвина (от −272,15 °C до −271,15 °C).
Прочетете още:
Биолозите откриват как раковите клетки избягват имунната система
Най-накрая ключовата теория на квантовата физика е доказана. Основен
Назовани продукти, които предпазват мозъка от деменция, и кога да ги използвате
На корицата: илюстрация, снимка starline42k