Magnetski topološki izolatori su egzotična klasa materijala koji provode
Najnevjerojatnija stvar u vezi s novim kvantnim materijalom jenjegova se feromagnetska svojstva pojavljuju tek kad neki od atoma zamijene mjesta, unoseći nered. Pojedinosti o razvoju objavljene su u časopisu Advanced Science.
Prekursorski materijal
Topološki izolator s feromagnetikomsvojstva stvorena su na temelju drugog materijala. Godine 2019. međunarodna istraživačka skupina koju je vodila kemičarka za materijale Anna Isaeva, tada mlađa profesorica na ct.qmat (Složenost i topologija u kvantnoj materiji), napravila je senzaciju proizvevši prvi svjetski antiferomagnetski topološki izolator—mangan telurid-bizmut (MnBi₂Te₄) .
Ovaj materijal ima svoje unutarnjemagnetsko polje, utirući put novim vrstama elektroničkih komponenti. Oni će moći pohranjivati informacije pomoću magneta i prenositi ih preko površine bez ikakvog otpora. Ovo će revolucionirati računala, učiniti ih održivijima i energetski učinkovitijima. Otkako su fizičari otkrili MnBi₂Te₄, istraživači diljem svijeta aktivno proučavaju različite aspekte ovog obećavajućeg kvantnog materijala u nastojanju da otključaju njegov puni potencijal.
Glavna razlika između novog kvantnog materijala
U feromagnetskom materijalu MnBi₆Te₁₀Pojedinačni atomi mangana poredani su paralelno, što znači da su svi njihovi magnetski momenti usmjereni u istom smjeru. Nasuprot tome, u njegovom antiferomagnetskom prethodniku, MnBi₂Te₄, samo su magnetski momenti unutar jednog sloja materijala poravnati na ovaj način.
Situaciju je promijenila mala promjena u kemikalijamasastav kristala. Kao rezultat toga, topološki izolator MnBi₆Te₁₀ odlikuje se jačim i pouzdanijim magnetskim poljem od svog antiferomagnetskog prethodnika.
Apstrakcija. Foto: wirestock
“Uspjeli smo proizvesti kvantni materijalMnBi₆Te₁₀ na takav način da postaje feromagnetičan na temperaturi od 12 Kelvina. Iako je ova temperatura od -261 °C još uvijek preniska za računalne komponente, to je prvi korak,” objašnjava profesor Vladimir Khinkov iz Würzburga. Njegova je grupa otkrila da površina materijala ima feromagnetska svojstva, što mu omogućuje provođenje struje bez ikakvih gubitaka. Važno je napomenuti da u to vrijeme njegov unutarnji dio nije imao ovu karakteristiku.
Ne samo istraživačka grupa ct.qmat je u laboratoriju pokušao stvoriti feromagnetski topološki izolator. “Nakon uspjeha MnBi₂Te₄, istraživači diljem svijeta počeli su tražiti nove kandidate za ulogu magnetskih topoloških izolatora. Godine 2019. četiri su različite skupine sintetizirale MnBi₆Te₁₀, ali tek je u našem laboratoriju ovaj neobičan materijal pokazao feromagnetska svojstva”, objašnjava Isaeva, sada profesorica eksperimentalne fizike na Sveučilištu u Amsterdamu.
Poremećaj u strukturi atoma
Kad su kemičari za materijale iz DresdenaVodstvo Isaeve shvatilo je kako proizvesti kristalni materijal, došli su do nevjerojatnog otkrića. Ispostavilo se da je neke atome trebalo premjestiti iz njihovog izvornog atomskog sloja. Drugim riječima, morali su promijeniti prirodni položaj u kristalu.
Apstrakcija. Foto: wirestock
“Raspodjela atoma mangana po svim slojevimaKristal uzrokuje promjenu magnetskog momenta okolnih atoma u istom smjeru. Magnetski poredak postaje zarazan”, objašnjava Isaeva. “Atomski poremećaj koji opažamo u kristalu općenito se smatra destruktivnim u kemiji i fizici. Uređene atomske strukture lakše je izračunati i bolje razumjeti, ali ne daju uvijek željeni rezultat”, dodaje Khinkov. “Upravo je taj poremećaj kritični mehanizam zbog kojeg MnBi6Te10 postaje feromagnetičan”, naglašava Isaeva.
Tko je radio istraživanje?
Znanstvenici ct.qmat s dva sveučilišta TU Dresden i JMU Würzburg, kao i s Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) u Dresdenu radili su zajedno na revolucionarnom istraživanju. Kristale su pripremili kemičari za materijale pod vodstvom Isaeve (TU Dresden). Masovni feromagnetizam uzoraka naknadno je otkriven na IFW, gdje je dr. Jorge I. Fazio razvio sveobuhvatnu teoriju za objašnjenje neuređenog feromagnetizma MnBi6Te10 i njegovih antiferomagnetskih parnjaka. Hinkov tim iz JMU Würzburg izvršio je mjerenja vitalnih površina.
Što je sljedeće?
Istraživači trenutno rade napostizanje feromagnetizma na znatno višim temperaturama. Već su napravili početni napredak, dosegnuvši oko 70 Kelvina (-203,15 °C). Znanstvenici se također suočavaju sa zadatkom povećanja ultraniskih temperatura na kojima se pojavljuju egzotični kvantni efekti, jer provođenje struje bez gubitaka počinje tek na temperaturama od 1 do 2 Kelvina (od −272,15 °C do −271,15 °C).
Čitaj više:
Biolozi otkrivaju kako stanice raka izmiču imunološkom sustavu
Ključna teorija kvantne fizike konačno je dokazana. Glavni
Naziv proizvoda koji štite mozak od demencije i kada ih koristiti
Na naslovnici: ilustracija, fotografija starline42k