Los aisladores topológicos magnéticos son una clase exótica de materiales que conducen
Lo más sorprendente del nuevo material cuántico essus propiedades ferromagnéticas aparecen sólo cuando algunos de los átomos cambian de lugar, introduciendo desorden. Los detalles sobre el desarrollo se publicaron en la revista Advanced Science.
material precursor
Aislador topológico con ferromagnético.Las propiedades se crearon sobre la base de otro material. En 2019, un grupo de investigación internacional dirigido por la química de materiales Anna Isaeva, entonces profesora junior en ct.qmat (Complejidad y topología en materia cuántica), causó sensación al producir el primer aislante topológico antiferromagnético del mundo: el telururo de manganeso-bismuto (MnBi₂Te₄). .
Este material tiene su propio interior.campo magnético, allanando el camino para nuevos tipos de componentes electrónicos. Podrán almacenar información mediante imanes y transmitirla a través de una superficie sin ninguna resistencia. Esto revolucionará las computadoras, haciéndolas más sostenibles y energéticamente eficientes. Desde que los físicos descubrieron el MnBi₂Te₄, investigadores de todo el mundo han estado estudiando activamente varios aspectos de este prometedor material cuántico en un esfuerzo por desbloquear todo su potencial.
La principal diferencia entre el nuevo material cuántico
En material ferromagnético MnBi₆Te₁₀Los átomos de manganeso individuales están alineados en paralelo, lo que significa que todos sus momentos magnéticos apuntan en la misma dirección. Por el contrario, en su predecesor antiferromagnético, el MnBi₂Te₄, sólo los momentos magnéticos dentro de una única capa de material están alineados de esta manera.
La situación cambió por un pequeño cambio en la química.composición cristalina. Como resultado, el aislante topológico MnBi₆Te₁₀ se distingue por un campo magnético más fuerte y confiable que su predecesor antiferromagnético.
Abstracción. Foto: wirestock
“Logramos producir material cuánticoMnBi₆Te₁₀ de tal manera que se vuelve ferromagnético a una temperatura de 12 Kelvin. Aunque esta temperatura de -261 °C sigue siendo demasiado baja para los componentes de un ordenador, es un primer paso”, explica el profesor Vladimir Khinkov de Würzburg. Fue su grupo quien descubrió que la superficie del material tiene propiedades ferromagnéticas, lo que le permite conducir corriente sin ninguna pérdida. Cabe destacar que en la época su parte interna no posee esta característica.
No sólo el grupo de investigación ct.qmat intentó crear un aislante topológico ferromagnético en el laboratorio. “Tras el éxito del MnBi₂Te₄, investigadores de todo el mundo comenzaron a buscar nuevos candidatos para el papel de aislantes topológicos magnéticos. En 2019, cuatro grupos diferentes sintetizaron MnBi₆Te₁₀, pero sólo en nuestro laboratorio este material inusual mostró propiedades ferromagnéticas”, explica Isaeva, ahora profesora de física experimental en la Universidad de Ámsterdam.
Trastorno en la estructura atómica.
Cuando los químicos de materiales de DresdeLos líderes de Isaeva descubrieron cómo producir material cristalino e hicieron un descubrimiento sorprendente. Resultó que era necesario mover algunos átomos de su capa atómica original. En otras palabras, necesitaban cambiar la ubicación natural del cristal.
Abstracción. Foto: wirestock
“Distribución de átomos de manganeso en todas las capas.El cristal hace que los átomos circundantes cambien su momento magnético en la misma dirección. El orden magnético se vuelve contagioso”, explica Isaeva. “El desorden atómico que observamos en un cristal generalmente se considera destructivo en química y física. Las estructuras atómicas ordenadas son más fáciles de calcular y comprender mejor, pero no siempre dan el resultado deseado”, añade Khinkov. “Este trastorno es el mecanismo crítico por el cual el MnBi6Te10 se vuelve ferromagnético”, subraya Isaeva.
¿Quién hizo la investigación?
Científicos ct.En esta innovadora investigación colaboraron qmat de las universidades TU Dresden y JMU Würzburg, así como del Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) de Dresde. Los cristales fueron preparados por químicos de materiales dirigidos por Isaeva (TU Dresden). El ferromagnetismo general de las muestras se descubrió posteriormente en IFW, donde el Dr. Jorge I. Fazio desarrolló una teoría integral para explicar tanto el ferromagnetismo desordenado del MnBi6Te10 como sus contrapartes antiferromagnéticas. El equipo de Hinkov de JMU Würzburg llevó a cabo mediciones de superficies vitales.
Que sigue
Los investigadores están trabajando actualmente enlogrando ferromagnetismo a temperaturas significativamente más altas. Ya han hecho los primeros progresos, alcanzando unos 70 Kelvin (-203,15 °C). Los científicos también se enfrentan a la tarea de aumentar las temperaturas ultrabajas, en las que aparecen efectos cuánticos exóticos, ya que la conducción de corriente sin pérdidas comienza sólo a temperaturas de 1 a 2 Kelvin (de -272,15 °C a -271,15 °C).
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En la portada: ilustración, foto starline42k