I fisici trovano le origini dei “cantanti” nei magneti 2D

I fisici del riso hanno confermato le origini topologiche dei magnetoni, caratteristiche magnetiche scoperte tre anni fa in un materiale bidimensionale che potrebbe essere utile per codificare informazioni negli elettroni rotanti.

Questa scoperta è descritta in uno studio pubblicato online questa settimana sulla rivista American Physical Society X. revisione fisica, fornisce una nuova comprensione delle eccitazioni di spin guidate dalla topologia in materiali noti come magneti di van der Waals 2D. I materiali stanno ricevendo un crescente interesse nell’inferoelettronica, un movimento nella comunità dell’elettronica a stato solido verso tecnologie che utilizzano spin di elettroni per codificare informazioni per il calcolo, l’archiviazione e la comunicazione.

Lo spin è una caratteristica intrinseca degli oggetti quantistici e gli spin degli elettroni svolgono un ruolo importante nel causare il magnetismo.

Il fisico del riso Pengcheng Dai, coautore di X. revisione fisica Lo studio ha affermato che gli esperimenti di scattering di neutroni anelastici su un materiale triiodio di cromo 2D hanno confermato l’origine della natura topologica dell’eccitazione di spin, chiamata magnon, che il suo gruppo e altri hanno scoperto nel materiale nel 2018.

Day ha affermato che gli ultimi esperimenti del gruppo presso la sorgente di neutroni a frammentazione dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) hanno mostrato che “l’accoppiamento spin-spin porta a interazioni asimmetriche tra gli spin” degli elettroni nel triioduro di cromo. Di conseguenza, gli spin dell’elettrone si sentono campo magnetico I nuclei si muovono in modo diverso, e questo influenza le loro eccitazioni topologiche”.

Nei materiali van der Waals, gli strati 2D atomicamente sottili sono impilati come le pagine di un libro. Gli atomi all’interno degli strati sono strettamente legati, ma i legami tra gli strati sono deboli. Il materiale è utile per esplorare comportamenti elettronici e magnetici insoliti. Ad esempio, un foglio bidimensionale di triioduro di cromo ha la stessa disposizione magnetica che fa aderire le etichette magnetiche a un frigorifero metallico. Anche pile di tre o più strati bidimensionali hanno questa disposizione magnetica, che chiamano fisica ferromagnetica. Ma due piastre impilate di triioduro di cromo hanno una disposizione opposta chiamata antimagnetica.

Questo strano comportamento ha spinto Dai e i suoi colleghi a studiare il materiale. Lo studente laureato Rice Liping Chen, autore principale del libro di questa settimana X. revisione fisica Uno studio del 2018 e uno studio sulla stessa rivista hanno sviluppato metodi per realizzare e allineare fogli di triioduro di cromo per esperimenti presso l’ORNL. Bombardando questi campioni con neutroni e misurando l’eccitazione di spin risultante con uno spettrometro a tempo di volo di neutroni, Chen e Dai e i loro colleghi possono discernere caratteristiche e comportamenti sconosciuti del materiale.

Nel loro studio precedente, i ricercatori hanno dimostrato che il triioduro di cromo crea il suo campo magnetico grazie ai magnon che si muovono così velocemente da sembrare che si muovano senza resistenza. Day ha detto che l’ultimo studio spiega perché una pila bidimensionale di triioduro di cromo ha una disposizione antimagnetica.

“Abbiamo trovato prove di un ordine magnetico basato sull’accatastamento nel materiale”, ha detto Day. Scoprire le principali origini e caratteristiche dello stato è importante perché può essere trovato in un magnete di van der Waals 2D.

Altri coautori includono Ben Zhao di Rice, Jay Ho Chung della Korea University, Matthew Stone, Alexander Kolesnikov, Barry Wen, Ovidio Garlia e Douglas Abernathy di ORNL e Mathias Augustin ed Elton Santos dell’Università di Edimburgo.