자기 위상 절연체는 전도성을 띠는 이국적인 종류의 재료입니다.
새로운 양자물질의 가장 놀라운 점은그것의 강자성 특성은 원자 중 일부가 장소를 바꾸어 무질서를 유발할 때만 나타납니다. 개발에 대한 자세한 내용은 Advanced Science 저널에 게재되었습니다.
전구체 재료
강자성을 지닌 토폴로지 절연체속성은 다른 재료를 기반으로 만들어졌습니다. 2019년, 당시 ct.qmat(양자 물질의 복잡성 및 위상학)의 후임 교수였던 재료 화학자 Anna Isaeva가 이끄는 국제 연구 그룹은 세계 최초의 반강자성 위상 절연체인 망간 텔루르화물-비스무트(MnBi2Te₄)를 생산하여 큰 화제를 모았습니다. .
이 자료에는 자체 내부가 있습니다.자기장은 새로운 유형의 전자 부품의 길을 열어줍니다. 그들은 자석을 사용하여 정보를 저장하고 저항 없이 표면을 통해 전송할 수 있습니다. 이는 컴퓨터에 혁명을 일으켜 컴퓨터를 더욱 지속 가능하고 에너지 효율적으로 만들 것입니다. 물리학자들이 MnBi₂Te₄를 발견한 이후 전 세계 연구자들은 이 유망한 양자 물질의 잠재력을 최대한 활용하기 위해 이 유망한 양자 물질의 다양한 측면을 적극적으로 연구해 왔습니다.
새로운 양자 물질의 주요 차이점
강자성 물질 MnBi₆Te₁₀개별 망간 원자는 평행하게 정렬되어 있으며 이는 모든 자기 모멘트가 동일한 방향을 가리킨다는 것을 의미합니다. 대조적으로, 반강자성 전신인 MnBi2Te₄에서는 단일 재료 층 내의 자기 모멘트만 이러한 방식으로 정렬됩니다.
화학물질의 작은 변화로 상황이 바뀌었습니다.크리스탈 구성. 결과적으로 위상 절연체 MnBi₆Te₁₀는 이전 반강자성체보다 더 강력하고 안정적인 자기장으로 구별됩니다.
추출. 사진: 와이어 스톡
“우리는 양자물질을 생산하는데 성공했습니다.MnBi₆Te₁₀는 12 켈빈의 온도에서 강자성이 됩니다. -261°C의 온도는 컴퓨터 부품에 있어서는 여전히 너무 낮지만 이는 첫 번째 단계입니다.”라고 뷔르츠부르크의 Vladimir Khinkov 교수는 설명합니다. 재료 표면에 강자성 특성이 있어서 손실 없이 전류를 전도할 수 있다는 사실을 발견한 것이 그의 그룹이었습니다. 주목할 만한 점은 당시 내부 부품에는 이러한 특성이 없다는 것입니다.
연구그룹 ct.qmat는 실험실에서 강자성 위상 절연체를 만들려고 했습니다. “MnBi₂Te₄의 성공 이후 전 세계 연구자들은 자기 위상 절연체의 역할에 대한 새로운 후보를 찾기 시작했습니다. 2019년에 4개의 서로 다른 그룹이 MnBi₆Te₁₀를 합성했지만 이 특이한 물질이 강자성 특성을 나타낸 것은 우리 실험실에서만 가능했습니다.”라고 현재 암스테르담 대학의 실험 물리학 교수인 Isaeva는 설명합니다.
원자 구조의 장애
드레스덴의 재료화학자들이Isaeva의 리더십은 결정질 물질을 생산하는 방법을 알아냈고 놀라운 발견을 했습니다. 일부 원자는 원래 원자층에서 이동해야 한다는 것이 밝혀졌습니다. 즉, 그들은 결정의 자연적인 위치를 변경해야 했습니다.
추출. 사진: 와이어 스톡
“모든 층에 걸쳐 망간 원자 분포결정은 주변 원자의 자기 모멘트를 동일한 방향으로 변경시킵니다. 자기 질서는 전염성이 있습니다.”라고 Isaeva는 설명합니다. “우리가 결정에서 관찰하는 원자 장애는 일반적으로 화학과 물리학에서 파괴적인 것으로 간주됩니다. 정렬된 원자 구조는 계산하기 쉽고 이해하기 쉽지만 항상 원하는 결과를 제공하지는 않습니다.”라고 Khinkov는 덧붙입니다. Isaeva는 “MnBi6Te10이 강자성을 갖게 되는 중요한 메커니즘은 바로 이 장애입니다.”라고 강조합니다.
누가 연구를 했습니까?
과학자 ct.드레스덴 공과대학교(TU Dresden)와 JMU 뷔르츠부르크(JMU Würzburg) 두 대학, 그리고 드레스덴에 있는 라이프니츠 연구소(IFW)의 qmat가 획기적인 연구에 함께 참여했습니다. 결정체는 Isaeva(TU Dresden)가 이끄는 재료 화학자들이 준비했습니다. 샘플의 벌크 강자성은 이후 IFW에서 발견되었으며, 그곳에서 Jorge I. Fazio 박사는 MnBi6Te10의 무질서한 강자성과 그 반강자성 대응물을 모두 설명하기 위한 포괄적인 이론을 개발했습니다. JMU Würzburg의 Hinkov 팀은 중요한 표면을 측정했습니다.
다음은 무엇입니까?
연구진은 현재 연구 중훨씬 더 높은 온도에서 강자성을 달성합니다. 그들은 이미 약 70켈빈(-203.15°C)에 도달하는 초기 진전을 이루었습니다. 무손실 전류 전도는 1~2 켈빈(-272.15°C~-271.15°C)의 온도에서만 시작되기 때문에 과학자들은 이국적인 양자 효과가 나타나는 초저온을 높이는 과제에 직면해 있습니다.
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표지 : 일러스트, 사진 starline42k