Al igual que muchos objetivos de la investigación científica, la clase de material denominado imán de kagome ha demostrado ser una fuente de frustración y asombro. Revelar aún más las propiedades cuánticas del imán de kagome se considera uno de los principales desafíos enfísica fundamental, tanto para teóricos como para experimentales.
Una geometría subyacente inusual de la disposición atómica es fundamental para el valor de estos materiales. Las redes de Kagome se describen como redes de intersección de "triángulos para compartir esquinas" y son apreciadas por el comportamiento único de los electrones que atraviesan, terreno fértil para el estudiode estados electrónicos cuánticos descritos como frustrados, correlacionados y topológicos.
Un estudio reciente de un grupo internacional de investigadores, publicado en la revista Naturaleza , encontró que el ferromagneto kagome Fe3Sn2 exhibe un estado electrónico que se acopla de forma inusualmente fuerte a un campo magnético aplicado que puede rotarse para apuntar en cualquier dirección de un espacio tridimensional, revelando en escala cuántica una energía electrónica "gigante" impulsada por magnetizacióncambio que tiene lugar dentro del material.
Ese cambio de energía arroja nueva luz sobre la presencia de acoplamiento de órbita giratoria y texturas de giro topológico en redes kagome, donde las estructuras magnéticas y electrónicas se enredan y producen una actividad inusual, a menudo desconocida anteriormente, de la órbita giratoria, dijo el profesor del Boston College.de Física Ziqiang Wang, coautora del informe, titulada "Capacidad de sintonización de la órbita de giro gigante y anisotrópica en un imán de kagome fuertemente correlacionado".
"Descubrimos dos cosas. La primera es que el estado electrónico de Fe3Sn2 es nemático, un estado que rompe espontáneamente la simetría de rotación. Los electrones se comportan como un cristal líquido dentro de este imán, presumiblemente debido al fuerte electrón-electróninteracción ", dijo Wang." La segunda cosa que encontramos es que puedes manipular y hacer grandes cambios en la estructura de energía de los electrones mediante el ajuste de la estructura magnética aplicando un campo magnético ".
Wang, un físico teórico y estudiante de posgrado Kun Jiang, PhD, que ha estado estudiando nuevos estados electrónicos cuánticos resultantes de la interacción de la interacción electrón-electrón, la frustración geométrica y las estructuras de bandas topológicas, se unieron a colegas experimentadores que primero notaron lo inusualactividad electrónica mientras estudiaban el material mediante microscopía de túnel de barrido.
El equipo, que incluía investigadores de BC, la Universidad de Princeton, la Academia de Ciencias de China, la Universidad de Renmin y la Universidad de Pekín, utilizó herramientas STM y de campo magnético vectorial para identificar las propiedades electrónicas acopladas a la órbita giratoria del ferromagnet kagomey exploró los fenómenos exóticos dentro de él, mientras realizaba modelos y cálculos para proporcionar interpretación teórica y comprensión de los fenómenos observados.
"Lo que nuestros colegas encontraron es que al cambiar la dirección del campo magnético, vieron cambios en los estados electrónicos que son anormalmente grandes", dijo Wang. "Los cambios de las bandas - hay espacios de banda, regiones prohibidas enmecánica cuántica donde los electrones no pueden residir: esas regiones pueden sintonizarse enormemente mediante el campo magnético aplicado ".
El "cambio de banda" es un cambio en la estructura de la banda electrónica, dijo Wang. Se expande y estrecha la brecha de banda dependiendo de las direcciones del campo magnético. El ferromagnet kagome mostró un cambio aproximadamente 150 veces más grande que los materiales ordinarios.
El sondeo de los patrones de interferencia de las funciones de onda mecánica cuántica del electrón reveló una nematicidad espontánea consistente, una indicación de una importante correlación electrónica que causa la ruptura de la simetría de rotación del estado electrónico en el material.
Los investigadores informaron que estas respuestas electrónicas gigantes impulsadas por el giro indicaban la posibilidad de una fase topológica magnética correlacionada subyacente. La capacidad de ajuste del imán kagome reveló una fuerte interacción entre un campo magnético aplicado externamente y la nematicidad, proporcionando nuevas formas de controlar el giro.El equipo escribió que las propiedades de la órbita y la exploración de fenómenos emergentes en materiales topológicos o cuánticos.
La capacidad de ajuste del campo magnético gigante de las propiedades eléctricas podría algún día conducir a aplicaciones potenciales en dispositivos electrónicos como memoria y almacenamiento de información y tecnologías de detección, dijo Wang.
"Lo que es emocionante en estos resultados es el potencial de realizar algo útil", dijo Wang. "Esto proviene de una física muy fundamental, pero algún día puede conectarse a las aplicaciones. No entendemos todo, pero ahora sabemos estoes un material que contiene todos estos ingredientes importantes "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Boston College . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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