Imagine un mundo en el que la electricidad pudiera fluir a través de la red sin pérdidas o donde todos los datos del mundo pudieran almacenarse en la nube sin la necesidad de centrales eléctricas. Esto parece inimaginable, pero se ha abierto un camino hacia ese sueño conel descubrimiento de una nueva familia de materiales con propiedades mágicas.
Estos materiales, semimetales magnéticos de Weyl, son innatamente cuánticos pero unen los dos mundos de la topología y la espintrónica. Los materiales topológicos exhiben propiedades extrañas que incluyen electrones súper rápidos que viajan sin pérdida de energía. Por otro lado, los materiales magnéticos sonesencial para nuestra vida cotidiana, desde imanes para automóviles eléctricos hasta dispositivos espintrónicos en cada disco duro de las computadoras y en la nube. El concepto de un semimetálico Weyl magnético WSM estaba en el aire, pero un material de la vida real solo haahora realizado por el equipo de Claudia Felser, directora del MPI CPfS, Dresden, en dos compuestos muy diferentes Co 2 MnGa y Co 3 Sn 2 S 2 .
Para encontrar estos materiales extraordinarios, el equipo de Felser escaneó la base de datos de materiales y elaboró una lista de candidatos prometedores. La prueba de que estos materiales son WSM magnéticos se obtuvo a través de investigaciones de estructuras electrónicas de Co 2 MnGa y Co 3 Sn 2 S 2 . Científicos del grupo de Claudia Felser en el MPI CPfS y el equipo de Stuart Parkin en el MPI de Física de Microestructuras, Halle, en colaboración con el equipo de M. Zahid Hasan de Princeton, el equipo de Yulin Chen de la Universidad de Oxford y el equipo de Haim Beidenkopf de WeizmannInstitute of Science, han confirmado experimentalmente la existencia de fermiones Weyl magnéticos en estos dos materiales en estudios que fueron publicados en tres artículos en ciencia hoy.
Por primera vez, utilizando experimentos de espectroscopia de fotoemisión de resolución angular ARPES y microscopio de efecto túnel STM, se observaron estados de WSM rotos con simetría de inversión en el tiempo, gracias a los cristales individuales de alta calidad cultivados en el MPI CPfS."El descubrimiento de los WSM magnéticos es un gran paso hacia la realización de efectos cuánticos y espintrónicos de alta temperatura. Estos dos materiales, que son miembros de las familias altamente sintonizables Heusler y Shandite, respectivamente, son plataformas ideales para diversas aplicaciones futuras en espintrónica y magneto-tecnologías ópticas para almacenamiento de datos y procesamiento de información, así como aplicaciones en sistemas de conversión de energía ", dice Stuart Parkin, Director Gerente del Instituto Max Planck de Física de Microestructuras, Halle.
Los estados topológicos magnéticos en Co 2 MnGa y Co 3 Sn 2 S 2 juegan un papel crucial en el origen de los efectos de transporte cuántico anómalos observados, debido a la fuerte curvatura de Berry asociada con sus estados topológicos. Con líneas nodales de Weyl y estructuras de bandas de puntos nodales, Co 2 MnGa y Co 3 Sn 2 S 2 son los únicos dos ejemplos conocidos actualmente de materiales que albergan tanto una gran conductividad de Hall anómala como un ángulo de Hall anómalo.
"Nuestros materiales tienen las ventajas naturales de una temperatura de orden alta, una estructura de banda topológica clara, una densidad de portadora de carga baja y una respuesta electromagnética fuerte. El diseño de un material que exhibe un efecto Hall anómalo cuántico de alta temperatura QAHE a través del confinamiento cuántico deun WSM magnético, y su integración en dispositivos cuánticos es nuestro siguiente paso ", dice Claudia Felser.
El descubrimiento de los WSM magnéticos es un gran paso hacia la realización de un QAHE a temperatura ambiente y es la base de nuevos conceptos de conversión de energía. "Un efecto Hall cuántico anómalo permite el transporte sin disipación a través de estados de borde quirales que están polarizados de forma innata"se dio cuenta Yan Sun de inmediato. La realización del QAHE a temperatura ambiente sería revolucionaria al superar las limitaciones de muchas de las tecnologías actuales basadas en datos, que se ven afectadas por una gran pérdida de potencia inducida por la dispersión de electrones. Esto allanaría el camino hacia una nueva generación de energía bajaconsumir dispositivos electrónicos cuánticos y espintrónicos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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