Physiker enthüllen nichtlinearen Transport, der durch Quantengeometrie in planaren Altermagneten induziert wird

In den letzten Jahren haben viele Physiker und Materialwissenschaftler eine neu entdeckte Klasse magnetischer Materialien untersucht, die als Altermagnete bekannt sind. Diese Materialien weisen eine einzigartige Art von Magnetismus auf, der sich sowohl vom herkömmlichen Ferromagnetismus als auch vom Antiferromagnetismus unterscheidet und durch Elektronen gekennzeichnet ist, deren Spin abhängig von ihrem Impuls variiert.

Dieser einzigartige Magnetismus macht Altermagnete für die Entwicklung neuer spintronischer und elektronischer Geräte äußerst vielversprechend. Es eröffnet auch neue Möglichkeiten für die Untersuchung topologischer Materialien (dh Systeme mit einzigartigen elektronischen Eigenschaften, die sich aus der Topologie ihrer elektronischen Struktur ergeben).

Forscher der Stony Brook University führten eine Studie durch, die darauf abzielte, die nichtlineare Reaktion planarer Altermagnete besser zu verstehen. Ihr Papier, veröffentlicht In Briefe zur körperlichen Untersuchungberichtet über die Beobachtung einer nichtlinearen Reaktion in diesen Materialien, die sich aus ihrer Quantengeometrie ergibt.

„Kürzlich haben zwei Experimente die vorhergesagte Rolle der Quantengeometrie bei der Reaktion zweiter Ordnung der herkömmlichen PT-symmetrischen Antiferromagnete bestätigt“, sagte Sayed Ali Akbar Ghorashi, Co-Autor der Arbeit, gegenüber Phys.org.

„In diesen Materialien verschwindet aufgrund der Kombination von Paritätssymmetrien (P) und Zeitumkehrsymmetrien (T) die Berry-Krümmung (die imaginäre Komponente des quantengeometrischen Tensors), und es wird gezeigt, dass die Reaktion zweiter Ordnung durch bestimmt wird die Quantenmetrik (die Realkomponente des quantengeometrischen Tensors).“

Altermagneten fehlt die kombinierte PT-Symmetrie. Daher blieb der Einfluss der Quantengeometrie auf die nichtlineare Reaktion dieser Materialien unklar.

„Ziel unserer Arbeit war es, die nichtlineare Reaktion von Altermagneten abzuleiten und die Beiträge von der Berry-Krümmung und der Quantenmetrik zu unterscheiden“, sagte Ghorashi. „Unsere Erkenntnisse waren am Ende dramatischer als erwartet.“

Ursprünglich wollten Ghorashi und seine Kollegen die nichtlineare Reaktion von Altermagneten und die Faktoren, die diese Reaktion antreiben, untersuchen. Dazu berechneten sie zunächst alle Beiträge zur nichtlinearen Reaktion von Altermagneten bis zur dritten Ordnung im elektrischen Feld mithilfe der semiklassischen Boltzmann-Theorie.

„Wir haben den quantengeometrischen Ursprung jedes Termes Ordnung für Ordnung in der Streuzeit aufgedeckt“, sagte Ghorashi. „Als nächstes haben wir für jeden planaren Altermagneten mithilfe der Symmetrie bestimmt, welche Beiträge in den Längs- und Hall-Komponenten der Leitfähigkeit dritter Ordnung bestehen bleiben.“

Die Berechnungen und Analysen der Forscher brachten überraschende und aufschlussreiche Ergebnisse. Insbesondere identifizierten sie nichtlineare Reaktionen in planaren Altermagneten, die durch die Quantengeometrie der Materialien induziert werden.

„Bemerkenswerterweise haben Altermagnete aufgrund der Inversionssymmetrie eine verschwindende Reaktion zweiter Ordnung“, erklärte Ghorashi.

„Nach unserem besten Wissen sind sie daher die erste Klasse von Materialien, bei denen die Reaktion dritter Ordnung ihre führende nichtlineare Reaktion ist. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass diese Reaktion aufgrund der starken Spinaufspaltung in diesen Materialien riesig ist. Darüber hinaus Die schwache Spin-Bahn-Kopplung (im Vergleich zum magnetischen Austauschterm) von Altermagneten zeigt sich auch in ihrer nichtlinearen Reaktion und ermöglicht eine neuartige Transportcharakterisierung für diese neue Materialklasse, die bisher auf die Suche nach linearer anomaler Hall-Leitfähigkeit beschränkt war.“

Die Ergebnisse dieser aktuellen Studie eröffnen neue Möglichkeiten für die Untersuchung von Altermagneten und ihren einzigartigen Eigenschaften. Vor allem werden charakteristische Merkmale des nichtlinearen Transports in dieser neu entdeckten Materialklasse aufgedeckt, die als Leitfaden für zukünftige Experimente dienen könnten, die darauf abzielen, sie weiter zu untersuchen und verschiedene Aspekte ihrer Quantengeometrie abzugrenzen.

„Eine unmittelbare zukünftige Forschungsrichtung für uns wird darin bestehen, über die Relaxationszeitnäherung hinauszugehen und den Effekt von Unordnung zu untersuchen, von dem bereits gezeigt wurde, dass er die Physik PT-symmetrischer Antiferromagnete bereichert“, fügte Ghorashi hinzu.

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