Manyetik topolojik yalıtkanlar, iletkenliği sağlayan egzotik bir malzeme sınıfıdır.
Yeni kuantum malzemesinin en şaşırtıcı yanı,ferromanyetik özellikleri yalnızca bazı atomların yer değiştirmesi ve düzensizliğe yol açması durumunda ortaya çıkar. Gelişmeyle ilgili ayrıntılar Advanced Science dergisinde yayınlandı.
öncü malzeme
Ferromanyetik özellikli topolojik yalıtkanözellikler başka bir malzeme temelinde oluşturulmuştur. 2019 yılında, o zamanlar ct.qmat'ta (Kuantum Maddede Karmaşıklık ve Topoloji) yardımcı profesör olan malzeme kimyacısı Anna Isaeva liderliğindeki uluslararası bir araştırma grubu, dünyanın ilk antiferromanyetik topolojik yalıtkanı olan manganez tellürit-bizmutu (MnBi₂Te₄) üreterek büyük bir sıçrama yaptı. .
Bu malzemenin kendi iç yapısı vardır.Manyetik alan, yeni tip elektronik bileşenlerin önünü açıyor. Mıknatısları kullanarak bilgiyi depolayabilecek ve herhangi bir dirençle karşılaşmadan bir yüzey boyunca iletebilecekler. Bu, bilgisayarlarda devrim yaratacak, onları daha sürdürülebilir ve enerji açısından verimli hale getirecek. Fizikçiler MnBi₂Te₄'yi keşfettiğinden beri, dünyanın dört bir yanındaki araştırmacılar, bu umut verici kuantum materyalinin çeşitli yönlerini, tam potansiyelini ortaya çıkarmak amacıyla aktif olarak araştırıyorlar.
Yeni kuantum malzeme arasındaki temel fark
Ferromanyetik malzemede MnBi₆Te₁₀Bireysel manganez atomları paralel olarak hizalanmıştır; bu, tüm manyetik momentlerinin aynı yöne işaret ettiği anlamına gelir. Buna karşılık, antiferromanyetik öncülü MnBi₂Te₄'de yalnızca tek bir malzeme katmanındaki manyetik momentler bu şekilde hizalanır.
Durum kimyasal maddedeki küçük bir değişiklikle değiştikristal bileşimi. Sonuç olarak topolojik yalıtkan MnBi₆Te₁₀, antiferromanyetik öncülüne göre daha güçlü ve daha güvenilir bir manyetik alanla öne çıkıyor.
Soyutlama. Fotoğraf: “wirestock”
“Kuantum malzeme üretmeyi başardıkMnBi₆Te₁₀ 12 Kelvin sıcaklıkta ferromanyetik hale gelecek şekilde. Her ne kadar -261 °C'lik bu sıcaklık bilgisayar bileşenleri için hala çok düşük olsa da bu bir ilk adımdır" diye açıklıyor Würzburg'dan Profesör Vladimir Khinkov. Malzemenin yüzeyinin, akımı herhangi bir kayıp olmadan iletmesine olanak tanıyan ferromanyetik özelliklere sahip olduğunu keşfeden onun grubuydu. O dönemde iç kısmının bu özelliğe sahip olmaması dikkat çekicidir.
Yalnızca araştırma grubu ct değil.qmat laboratuvarda ferromanyetik bir topolojik yalıtkan oluşturmaya çalıştı. "MnBi₂Te₄'nin başarısından sonra, dünya çapındaki araştırmacılar manyetik topolojik yalıtkanların rolü için yeni adaylar aramaya başladı. 2019'da dört farklı grup MnBi₆Te₁₀'yi sentezledi, ancak bu olağandışı malzemenin ferromanyetik özellikler sergilediği tek yer bizim laboratuvarımızdı," diye açıklıyor şu anda Amsterdam Üniversitesi'nde deneysel fizik profesörü olan Isaeva.
Atomik yapıdaki bozukluk
Dresden'li malzeme kimyagerleriIsaeva'nın liderliği kristal malzemenin nasıl üretileceğini buldu ve inanılmaz bir keşif yaptı. Bazı atomların orijinal atom katmanlarından taşınması gerektiği ortaya çıktı. Başka bir deyişle kristaldeki doğal konumu değiştirmeleri gerekiyordu.
Soyutlama. Fotoğraf: “wirestock”
“Manganez atomlarının tüm katmanlara dağılımıKristal, çevredeki atomların manyetik momentlerini aynı yönde değiştirmesine neden olur. Manyetik düzen bulaşıcı hale geliyor” diye açıklıyor Isaeva. "Bir kristalde gözlemlediğimiz atomik düzensizliğin kimya ve fizikte genellikle yıkıcı olduğu düşünülür. Sıralı atom yapılarının hesaplanması daha kolay ve daha iyi anlaşılıyor, ancak her zaman istenen sonucu vermiyorlar" diye ekliyor Khinkov. Isaeva, "MnBi6Te10'un ferromanyetik hale gelmesine neden olan kritik mekanizma bu bozukluktur" diye vurguluyor.
Araştırmayı kim yaptı?
Bilim adamları ct.TU Dresden ve JMU Würzburg üniversitelerinden qmat'ın yanı sıra Dresden'deki Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung'dan (IFW) çığır açan araştırma üzerinde birlikte çalıştı. Kristaller, Isaeva (TU Dresden) liderliğindeki malzeme kimyacıları tarafından hazırlandı. Numunelerin toplu ferromanyetizması daha sonra IFW'de keşfedildi; burada Dr. Jorge I. Fazio, hem MnBi6Te10'un düzensiz ferromanyetizmasını hem de antiferromanyetik benzerlerini açıklamak için kapsamlı bir teori geliştirdi. Hinkov'un JMU Würzburg'dan ekibi hayati yüzeylerin ölçümlerini gerçekleştirdi.
Sırada ne var?
Araştırmacılar şu anda üzerinde çalışıyorÖnemli ölçüde daha yüksek sıcaklıklarda ferromanyetizma elde etmek. Zaten ilk ilerlemeyi kaydettiler ve yaklaşık 70 Kelvin'e (-203,15 °C) ulaştılar. Kayıpsız akım iletimi yalnızca 1 ila 2 Kelvin arasındaki sıcaklıklarda (-272,15 °C'den −271,15 °C'ye) başladığından, bilim adamları ayrıca egzotik kuantum etkilerinin ortaya çıktığı ultra düşük sıcaklıkları artırma göreviyle de karşı karşıyadır.
Daha fazla oku:
Biyologlar, kanser hücrelerinin bağışıklık sisteminden nasıl kaçtığını keşfetti
Kuantum fiziğinin temel teorisi nihayet kanıtlandı. Ana
Beyni bunamadan koruyan ürünler ve bunların ne zaman kullanılacağı
Kapakta: illüstrasyon, fotoğraf starline42k