A mágneses topológiai szigetelők a vezető anyagok egy egzotikus osztálya
A legcsodálatosabb dolog az új kvantumanyagban azferromágneses tulajdonságai csak akkor jelennek meg, amikor az atomok egy része helyet cserél, zavart okozva. A fejlesztés részleteit az Advanced Science folyóiratban tették közzé.
Prekurzor anyag
Topológiai szigetelő ferromágnesestulajdonságokat egy másik anyag alapján hoztak létre. 2019-ben egy Anna Isaeva anyagkémikus, majd a ct.qmat (Complexity and Topology in Quantum Matter) professzor által vezetett nemzetközi kutatócsoport nagy sikert aratott azzal, hogy elkészítette a világ első antiferromágneses topológiai szigetelőjét, a mangántellurid-bizmutot (MnBi₂Te₄). .
Ennek az anyagnak saját belső tulajdonsága vanmágneses mező, megnyitva az utat az új típusú elektronikus alkatrészek előtt. Képesek lesznek információt tárolni mágnesek segítségével, és ellenállás nélkül továbbítani a felületen. Ez forradalmasítja a számítógépeket, fenntarthatóbbá és energiahatékonyabbá téve őket. Mióta a fizikusok felfedezték az MnBi₂Te₄-et, a kutatók világszerte aktívan tanulmányozzák ennek az ígéretes kvantumanyagnak a különböző aspektusait, hogy kiaknázzák a benne rejlő lehetőségeket.
A fő különbség az új kvantumanyag között
Ferromágneses anyagban MnBi₆Te₁₀Az egyes mangánatomok párhuzamosan helyezkednek el, ami azt jelenti, hogy minden mágneses momentuma ugyanabba az irányba mutat. Ezzel szemben az antiferromágneses elődben, az MnBi2Te4-ben csak az anyag egyetlen rétegében lévő mágneses momentumok vannak így igazítva.
A helyzeten egy kis vegyszerváltás változtatottkristály összetétel. Ennek eredményeként az MnBi₆Te₁₀ topológiai szigetelő erősebb és megbízhatóbb mágneses térrel rendelkezik, mint antiferromágneses elődje.
Absztrakció. Fotó: wirestock
„Sikerült kvantumanyagot előállítaniMnBi₆Te₁₀ oly módon, hogy 12 Kelvin hőmérsékleten ferromágnesessé válik. Bár ez a -261 °C-os hőmérséklet még mindig túl alacsony a számítógép-alkatrészek számára, ez az első lépés” – magyarázza Vlagyimir Khinkov würzburgi professzor. Az ő csoportja fedezte fel, hogy az anyag felülete ferromágneses tulajdonságokkal rendelkezik, ami lehetővé teszi, hogy veszteség nélkül vezesse az áramot. Figyelemre méltó, hogy akkoriban a belső része nem rendelkezik ezzel a tulajdonsággal.
Nem csak a kutatócsoport ct.A qmat ferromágneses topológiai szigetelőt próbált létrehozni a laboratóriumban. „Az MnBi₂Te4 sikere után a kutatók világszerte új jelöltek után kezdtek kutatni a mágneses topológiai szigetelők szerepére. 2019-ben négy különböző csoport szintetizált MnBi₆Te₁₀-t, de ez a szokatlan anyag csak a mi laboratóriumunkban mutatott ferromágneses tulajdonságokat” – magyarázza Isaeva, jelenleg az Amszterdami Egyetem kísérleti fizika professzora.
Zavar az atomszerkezetben
Amikor drezdai anyagkémikusokIsaeva vezetése kitalálta, hogyan lehet kristályos anyagot előállítani, elképesztő felfedezést tettek. Kiderült, hogy néhány atomot el kell távolítani eredeti atomi rétegükből. Más szóval, meg kellett változtatniuk a kristály természetes helyét.
Absztrakció. Fotó: wirestock
„A mangánatomok eloszlása az összes rétegbenA kristály hatására a környező atomok mágneses nyomatékukat ugyanabba az irányba változtatják. A mágneses rend fertőzővé válik” – magyarázza Isaeva. „Az atomi rendellenességet, amelyet egy kristályban észlelünk, általában pusztítónak tekintik a kémiában és a fizikában. A rendezett atomszerkezeteket könnyebb kiszámítani és jobban megérteni, de nem mindig adják meg a kívánt eredményt” – teszi hozzá Khinkov. „Ez a rendellenesség az a kritikus mechanizmus, amely miatt az MnBi6Te10 ferromágnesessé válik” – hangsúlyozza Isaeva.
Ki végezte a kutatást?
A tudósok ct.A két egyetem, a TU Dresden és a JMU Würzburg, valamint a drezdai Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) qmat munkatársai dolgoztak együtt az úttörő kutatáson. A kristályokat Isaeva (TU Dresden) vezette anyagkémikusok készítették. A minták tömeges ferromágnesességét ezt követően fedezték fel az IFW-n, ahol Dr. Jorge I. Fazio átfogó elméletet dolgozott ki az MnBi6Te10 rendezetlen ferromágnesességének és antiferromágneses megfelelőinek magyarázatára. Hinkov csapata a JMU Würzburgból létfontosságú felületek mérését végezte.
Mi a következő?
A kutatók jelenleg is dolgoznakferromágnesesség elérése lényegesen magasabb hőmérsékleten. Már elérték a kezdeti előrehaladást, és elérték a körülbelül 70 Kelvint (-203,15 °C). A tudósok azzal a feladattal is szembesülnek, hogy növeljék az ultraalacsony hőmérsékletet, amelyen egzotikus kvantumhatások jelennek meg, mivel a veszteségmentes áramvezetés csak 1 és 2 Kelvin közötti hőmérsékleten (-272,15 °C és -271,15 °C között) kezdődik.
Olvass tovább:
A biológusok felfedezik, hogy a rákos sejtek hogyan kerülik ki az immunrendszert
A kvantumfizika kulcselmélete végre bebizonyosodott. Fő
Megnevezett termékek, amelyek megvédik az agyat a demenciától, és mikor kell őket használni
A borítón: illusztráció, fotó starline42k