Neu entdeckte magnetische Wechselwirkungen könnten zu neuen Wegen führen, den Elektronenfluss zu manipulieren

Neu entdeckte magnetische Wechselwirkungen im geschichteten topologischen Magneten TbMn6Sn6 von Kagome könnten der Schlüssel zur Anpassung des Elektronenflusses durch diese Materialien sein. Wissenschaftler des Ames National Laboratory und des Oak Ridge National Laboratory des US-Energieministeriums führten eine eingehende Untersuchung von TbMn6Sn6 durch, um das Material und seine magnetischen Eigenschaften besser zu verstehen. Diese Ergebnisse könnten zukünftige technologische Fortschritte in Bereichen wie Quantencomputer, magnetische Speichermedien und hochpräzise Sensoren beeinflussen.

Kagomes sind eine Materialart, deren Struktur nach einer traditionellen japanischen Korbflechttechnik benannt ist. Das Gewebe erzeugt ein Muster aus Sechsecken, die von Dreiecken umgeben sind und umgekehrt. Die Anordnung der Atome in Kagome-Metallen gibt das Webmuster wieder. Diese Eigenschaft bewirkt, dass sich Elektronen innerhalb des Materials auf einzigartige Weise verhalten.

Feste Materialien haben elektronische Eigenschaften, die durch die Eigenschaften ihrer elektronischen Bandstruktur gesteuert werden. Die Bandstruktur hängt stark von der Geometrie des Atomgitters ab, und manchmal können Bänder spezielle Formen wie Kegel aufweisen. Diese speziellen Formen, die als topologische Merkmale bezeichnet werden, sind für das einzigartige Verhalten der Elektronen in diesen Materialien verantwortlich. Insbesondere die Kagome-Struktur führt zu komplexen und möglicherweise abstimmbaren Merkmalen in den elektronischen Bändern.

Die Verwendung magnetischer Atome zum Aufbau des Gitters dieser Materialien, wie z. B. Mn in TbMn6Sn6, kann weiter dazu beitragen, topologische Merkmale zu induzieren. Rob McQueeney, Wissenschaftler am Ames Lab und Projektleiter, erklärte, dass topologische Materialien „eine besondere Eigenschaft haben, bei der unter dem Einfluss von Magnetismus Ströme entstehen können, die am Rand des Materials fließen, die verlustfrei sind, was bedeutet, dass die Elektronen streuen nicht und verbrauchen keine Energie.“

Das Team machte sich daran, den Magnetismus in TbMn6Sn6 besser zu verstehen und verwendete Berechnungen und Neutronenstreudaten, die von der Oak Ridge Spallation Neutron Source gesammelt wurden, um ihre Analyse durchzuführen. Simon Riberolles, Postdoc-Mitarbeiter am Ames Lab und Mitglied des Projektteams, erklärte die experimentelle Technik, die das Team verwendete. Die Technik beinhaltet einen Strahl von Neutronenteilchen, mit dem getestet wird, wie starr die magnetische Ordnung ist. „Die Art und Stärke der verschiedenen magnetischen Wechselwirkungen, die in den Materialien vorhanden sind, können alle mit dieser Technik kartiert werden“, sagte er.

Sie entdeckten, dass TbMn6Sn6 konkurrierende Wechselwirkungen zwischen den Schichten hat, was als frustrierter Magnetismus bezeichnet wird. „Das System muss also einen Kompromiss eingehen“, sagte McQueeney, „normalerweise bedeutet das, dass man es dazu bringen kann, verschiedene Dinge zu tun, wenn man daran herumstochert Interaktionen sind da, es gibt andere Interaktionen, die dominieren.“

Dies ist die erste veröffentlichte detaillierte Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von TbMn6Sn6. „In der Forschung ist es immer spannend, wenn man feststellt, dass man etwas Neues versteht, oder etwas misst, das noch nie zuvor gesehen wurde oder teilweise oder auf andere Weise verstanden wurde“, sagte Riberolles.

McQueeney und Riberolles erklärten, dass ihre Ergebnisse darauf hindeuten, dass das Material möglicherweise an spezifische magnetische Eigenschaften angepasst werden könnte, beispielsweise durch Ändern des Tb für ein anderes Seltenerdelement, was den Magnetismus der Verbindung verändern würde. Diese Grundlagenforschung ebnet den Weg für weitere Fortschritte bei der Entdeckung von Kagome-Metallen.

Diese Forschung wird in dem in veröffentlichten Artikel weiter diskutiert Körperliche Überprüfung X.