La observación de un estado anormal de la materia en un material magnético bidimensional es el último desarrollo en la carrera para aprovechar las nuevas propiedades electrónicas para dispositivos de próxima generación más robustos y eficientes.
La dispersión de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge ORNL del Departamento de Energía DOE ayudó a un equipo multiinstitucional dirigido por la Universidad de Tulane a investigar un material de antimonio manganeso de estroncio, manganeso y grafeno. 1 año Mn 1-z Sb 2 que alberga lo que los investigadores sospechan que es una fase semimetal de Weyl.
Las propiedades de los semimetales de Weyl incluyen tanto el magnetismo como el comportamiento semimetal topológico, en el que los electrones, o portadores de carga, son casi sin masa e inmunes a los defectos de conducción. Los resultados del equipo se publican en la revista Materiales de la naturaleza .
Las mediciones de dispersión de neutrones en el reactor de isótopos de alto flujo, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE en ORNL, y los estudios de campo magnético en el Laboratorio Nacional de Campo Magnético Alto de la Universidad Estatal de Florida descubrieron comportamientos mecanicistas clave que sustentan la relación del material cuántico entre el transporte de electrones y el magnetismo..
"Los semimetales de Weyl son una especie de Santo Grial en física en este momento", dijo Alan Tennant, científico jefe de la Dirección de Ciencias de Neutrones de ORNL. "Algunos de estos tipos de materiales muestran un comportamiento cuántico a temperatura ambiente, que es precisamente lo que tiene quealcanzarse para proporcionar un camino hacia la electrónica cuántica "
Significativamente más fuerte que el acero, y un excelente conductor de calor y electricidad, el grafeno es un material de construcción altamente deseable para la electrónica. Sin embargo, carece de las propiedades magnéticas tradicionales necesarias para lograr un mayor control sobre el transporte de electrones. Es por eso que los investigadores están buscando semimetales Weyl, dice Qiang Zhang, un científico visitante de la Louisiana State University LSU que trabaja en el Centro Shull Wollan de ORNL, un Instituto Conjunto de Ciencias de Neutrones.
"Los semimetales de Weyl son raros, y la mayoría de ellos no son magnéticos. Encontramos uno que es magnético", dijo Zhang. "Si podemos entender mejor los comportamientos electrónicos que encontramos en este material, podría acelerar significativamente la computadora y el teléfono inteligentetecnologías "
Los electrones en el grafeno tienen una propiedad famosa: forman un "cono de Dirac", en el que su impulso y energía están relacionados de la misma manera que sucede en la luz.
A diferencia del grafeno, el material del equipo exhibe magnetismo tradicional o ferromagnetismo, lo que significa que los electrones se alinean en una disposición paralela como los polos norte y sur de un imán de barra típico. Pero también exhibe antiferromagnetismo, en el que los electrones apuntan en direcciones opuestas asus electrones vecinos
El magnetismo tiene un efecto profundo, explica Tennant. Los movimientos opuestos de los electrones hacen que el cono de Dirac se rompa o se parta en dos, de modo que se forman dos conos nuevos. Esto rompe un principio conocido como simetría de inversión de tiempo, lo que significa queel sistema no sería el mismo si el tiempo se rebobinara. "Piensa en una peonza que va en reversa", dice.
Cuando los dos conos rompen la simetría de inversión de tiempo, inducen un estado semimetal de Weyl en el que los electrones pierden masa.
La importancia es que los electrones, como muchas partículas, tienen masa. Debido a eso, además de tamaños cada vez más pequeños de transistores y materiales similares que transportan carga, los electrones tienden a tener un cuello de botella o crear atascos de tráfico. En Weylsemimetálicos, los electrones son más como portadores de carga que se comportan como si estuvieran casi sin masa, lo que los hace altamente móviles.
Al examinar un cristal pequeño y de alta calidad cultivado en la Universidad de Tulane, el equipo pudo determinar la estructura magnética de Sr 1 año Mn 1-z Sb 2 , usando neutrones en el instrumento difractómetro de cuatro círculos en el Reactor de isótopos de alto flujo.
Los neutrones son herramientas ideales para identificar y caracterizar el magnetismo en casi cualquier material, porque, como los electrones, exhiben un flujo de magnetismo llamado "giro".
"Descubrimos dos tipos de órdenes ferromagnéticas y encontramos la prueba experimental de la ruptura de la simetría de inversión de tiempo, probablemente creando un estado Weyl en Sr 1 año Mn 1-z Sb 2 . Esto hace que este sistema sea un candidato maravilloso para estudiar el efecto de la ruptura de la simetría de inversión de tiempo en la estructura de la banda electrónica ", dijo Zhang.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Original escrito por Jeremy Rumsey. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Cite esta página :