Открытие бросает вызов существующим теориям магнетизма в металлах кагоме.

Открытие физиков и сотрудников Университета Райса открывает новое понимание магнетизма и электронных взаимодействий в новейших материалах, потенциально совершая революцию в таких областях технологий, как квантовые вычисления и высокотемпературные сверхпроводники.

Исследование тонких пленок железа и олова (FeSn), проведенное исследовательской группой под руководством Чжэн Жэня и Мин И, меняет научное представление о магнитах кагоме — материалах, названных в честь древней схемы плетения корзин и имеющих уникальную решетчатую структуру, которая может создавать необычные магнитные свойства. и электронное поведение из-за квантовой деструктивной интерференции электронной волновой функции.

Результаты, опубликованные в Природные коммуникации 30 октября показали, что магнитные свойства FeSn обусловлены локализованными электронами, а не подвижными электронами, как считали ученые ранее.

Это открытие бросает вызов существующим теориям магнетизма в металлах кагоме, согласно которым коллективизированные электроны управляют магнитным поведением. Предлагая новый взгляд на магнетизм, работа исследовательской группы может помочь в разработке материалов с индивидуальными свойствами для передовых технологических приложений, таких как квантовые вычисления и сверхпроводники.

«Ожидается, что эта работа будет стимулировать дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования новых свойств квантовых материалов, углубляя наше понимание этих загадочных материалов и их потенциального практического применения», — сказал Йи, доцент кафедры физики и астрономии и старший преподаватель Академии Райса. Парень.

Используя передовую технику, сочетающую молекулярно-лучевую эпитаксию и фотоэмиссионную спектроскопию с угловым разрешением, исследователи создали высококачественные тонкие пленки FeSn и проанализировали их электронную структуру. Они обнаружили, что даже при повышенных температурах плоские полосы кагоме остаются расщепленными, что указывает на то, что локализованные электроны создают магнетизм в материале. Этот эффект электронной корреляции добавляет новый уровень сложности в понимание того, как поведение электронов влияет на магнитные свойства в магнитах кагоме.

Исследование также показало, что некоторые электронные орбитали демонстрируют более сильные взаимодействия, чем другие. Это явление, известное как селективная перенормировка зон, ранее наблюдавшееся в сверхпроводниках на основе железа, предлагает новый взгляд на то, как электронные взаимодействия влияют на поведение магнитов кагоме.

«Наше исследование подчеркивает сложное взаимодействие между магнетизмом и электронными корреляциями в магнитах кагоме и предполагает, что эти эффекты играют немаловажную роль в формировании их общего поведения», — сказал Рен, младший научный сотрудник Академии Райса.

Помимо углубления понимания FeSn, исследование имеет более широкое значение для материалов с похожими свойствами. Понимание плоских зон и электронных корреляций может повлиять на развитие новых технологий, таких как высокотемпературные сверхпроводники и топологические квантовые вычисления, где взаимодействие магнетизма и топологических плоских зон генерирует квантовые состояния, которые можно использовать в качестве квантовых логических вентилей.