Los campos de la física de la materia condensada y la ciencia de los materiales están íntimamente vinculados porque a menudo se descubre nueva física en materiales con arreglos especiales de átomos. Los cristales, que tienen unidades de átomos repetidos en el espacio, pueden tener patrones especiales que dan como resultado propiedades físicas exóticas.Particularmente emocionantes son los materiales que albergan múltiples tipos de propiedades exóticas porque brindan a los científicos la oportunidad de estudiar cómo esas propiedades interactúan e influyen entre sí. Las combinaciones pueden dar lugar a fenómenos inesperados y alimentar años de investigación básica y tecnológica.
en un nuevo estudio publicado en avances científicos esta semana, un equipo internacional de científicos de EE. UU., Colombia, República Checa, Inglaterra, y dirigido por el Dr. Mazhar N. Ali en el Instituto Max Planck de Física de Microestructuras en Alemania, ha demostrado que un nuevo material, KV3Sb5,tiene una combinación de propiedades nunca antes vista que da como resultado uno de los efectos Hall anómalos AHE más grandes jamás observados; 15,500 siemens por centímetro a 2 Kelvin.
Descubierto en el laboratorio del coautor, el profesor Tyrel McQueen en la Universidad Johns Hopkins, KV3Sb5 combina cuatro propiedades en un solo material: física de Dirac, magnetismo frustrado metálico, exfoliabilidad 2D como el grafeno y estabilidad química.
La física de Dirac, en este contexto, se relaciona con el hecho de que los electrones en KV3Sb5 no son solo sus electrones normales y corrientes; se mueven extremadamente rápido con una masa efectiva muy baja. Esto significa que están actuando"similares a la luz"; sus velocidades se están volviendo comparables a la velocidad de la luz y se comportan como si tuvieran solo una pequeña fracción de la masa que deberían tener. Esto da como resultado que el material sea altamente metálico y se mostró por primera vez en grafenohace unos 15 años.
El "magnetismo frustrado" surge cuando los momentos magnéticos en un material imagina pequeños imanes de barra que intentan girar entre sí y alinearse de norte a sur cuando los unes están dispuestos en geometrías especiales, como redes triangulares. Este escenariopuede dificultar que los imanes de barra se alineen de manera que todos se cancelen entre sí y sean estables. Los materiales que exhiben esta propiedad son raros, especialmente los metálicos. La mayoría de los materiales magnéticos frustrados son aislantes eléctricos, lo que significa que sus electrones son inmóviles."Los imanes frustrados metálicos han sido muy buscados durante varias décadas. Se ha predicho que albergarán superconductividad no convencional, fermiones de Majorana, serán útiles para la computación cuántica y más", comentó el Dr. Ali.
Estructuralmente, KV3Sb5 tiene una estructura en capas 2D donde las capas triangulares de vanadio y antimonio se apilan libremente sobre las capas de potasio. Esto permitió a los autores simplemente usar cinta para despegar algunas capas también conocidas como escamas a la vez ".muy importante porque nos permitió usar la litografía por haz de electrones como la fotolitografía que se usa para hacer chips de computadora, pero usando electrones en lugar de fotones para hacer pequeños dispositivos con las escamas y medir propiedades que las personas no pueden medir fácilmenteen grandes cantidades ", comentó el autor principal Shuo-Ying Yang, del Instituto Max Planck de Física de Microestructuras." Estábamos emocionados de descubrir que las escamas eran bastante estables al proceso de fabricación, lo que hace que sea relativamente fácil trabajar y explorar muchospropiedades. "
Armado con esta combinación de propiedades, el equipo primero eligió buscar un efecto Hall anómalo AHE en el material. Este fenómeno es donde los electrones en un material con un campo eléctrico aplicado pero sin campo magnético pueden ser desviados por90 grados por varios mecanismos. "Se había teorizado que los metales con arreglos de espín triangular podían albergar un efecto extrínseco significativo, por lo que era un buen lugar para comenzar", señaló Yang. Usando espectroscopía de fotoelectrones de resolución angular, fabricación de microdispositivos y una temperatura bajasistema de medición de propiedades electrónicas, Shuo-Ying y el coautor principal Yaojia Wang Instituto Max Planck de Física de Microestructuras pudieron observar uno de los AHE más grandes jamás vistos.
El AHE se puede dividir en dos categorías generales: intrínseco y extrínseco. "El mecanismo intrínseco es como si un jugador de fútbol le hiciera un pase a su compañero doblando la pelota, o el electrón, alrededor de algunos defensores sin que choque con ellos.", explicó Ali." Extrínseco es como la pelota que rebota en un defensor, o centro de dispersión magnética, y va hacia un lado después de la colisión. Muchos materiales dominados extrínsecamente tienen una disposición aleatoria de defensores en el campo, o centros de dispersión magnética al azardiluido en todo el cristal. KV3Sb5 es especial porque tiene grupos de 3 centros de dispersión magnética dispuestos en una red triangular. En este escenario, la pelota se dispersa del grupo de defensores, en lugar de uno solo, y es más probable que se vaya"Este es esencialmente el mecanismo AHE de dispersión sesgada de grupos de espines teorizado que fue demostrado por los autores en este material". Sin embargo, la condición con la que thLa bola que llega golpea el racimo parece importar;tú o yo patear la pelota no es lo mismo que si, digamos, Christiano Ronaldo pateara la pelota ", agregó Ali." Cuando Ronaldo la patea, se mueve mucho más rápido y rebota en el grupo con mucha más velocidad, moviéndose haciael costado más rápido que si cualquier persona promedio lo hubiera pateado.Esta es, en términos generales, la diferencia entre las cuasipartículas de Dirac Ronaldo en este material frente a los electrones normales persona promedio y está relacionada con la razón por la que vemos un AHE tan grande ", explicó Ali riendo.
Estos resultados también pueden ayudar a los científicos a identificar otros materiales con esta combinación de ingredientes. "Es importante destacar que la misma física que rige este AHE también podría impulsar un efecto Hall de giro muy grande SHE, donde en lugar de generar una corriente de carga ortogonal, unaSe genera una corriente de espín ortogonal ", comentó Wang." Esto es importante para las tecnologías informáticas de próxima generación basadas en el espín de un electrón en lugar de su carga ".
"Este es un nuevo material de juego para nosotros: física de Dirac metálica, magnetismo frustrado, exfoliante y químicamente estable, todo en uno. Hay muchas oportunidades para explorar fenómenos divertidos y extraños, como la superconductividad no convencional y más", dijo Ali., emocionado.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Max-Planck de Física de Microestructuras . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :