• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Äktenskapet mellan topologi och magnetism i ett Weyl-system

    Weyl halvmetall med tidsomvändningssymmetri bruten. De röda och blå sfärerna representerar ett par Weyl -punkter med motsatt kiralitet, som genereras av det inneboende magnetiska momentet. Den gula kurvan är Fermi-bågen som avslutas vid detta par Weyl-punkter. De magnetiska momenten beskrivs schematiskt av magnetfältet. Kredit:MPI CPfS

    Topologi är en global aspekt av material, leder till grundläggande nya egenskaper för föreningar med stora relativistiska effekter. Införlivandet av tunga element ger upphov till icke-triviala topologiska faser av materia, såsom topologiska isolatorer, Dirac och Weyl halvmetaller. Halvmetallerna kännetecknas av band-vidrörande punkter med linjär dispersion, liknande masslösa relativistiska partiklar i högenergifysik.

    Symmetriens samspel, relativistiska effekter och, i magnetiska material, den magnetiska strukturen, möjliggör förverkligandet av en mängd olika topologiska faser genom Berry -krökningsdesign. Berry -krökningen beskriver intrassling av valens- och ledningsbanden i en energibandstruktur. Weylpunkter och andra topologiska elektroniska band kan manipuleras av olika yttre störningar som magnetfält och tryck, vilket resulterar i exotiska lokala egenskaper som den kirala eller gravitationsanomali och stora topologiska Hall -effekter, begrepp som utvecklats inom andra fysikområden, såsom högenergifysik och astrofysik.

    Weylhalvmetaller kräver bruten inversionskristallsymmetri eller tidsomvändningssymmetri (via magnetisk ordning eller ett applicerat magnetfält). Än så länge, inga inneboende magnetiska Weyl -halvmetaller med Weyl -noder nära Fermi -energin har realiserats. I den senaste studien, forskare från Max Planck -institutet för kemisk fysik av fasta ämnen i Dresden, i samarbete med Technische Universität Dresden, forskare från Peking, Princeton, Oxford, och andra fann bevis för Weyl -fysik i magnetiska shanditerna Co. 3 Sn 2 S 2 . Familjen av shanditkristaller innehåller övergångsmetaller på ett kvasi tvådimensionellt Kagome-galler som kan ge upphov till magnetism. En av de mest intressanta är Co 3 Sn 2 S 2 , som har den högsta magnetiska ordningstemperaturen inom denna familj och där de magnetiska momenten på Co -atomerna är inriktade i en riktning vinkelrätt mot Kagome -planet.

    Observationen av den kvantanomala Hall-effekten vid rumstemperatur skulle möjliggöra nya datortekniker inklusive kvantberäkning. För att inse denna möjlighet, vår strategi är (i) att söka efter kvasi tvådimensionella magnetiska material med topologiska bandstrukturer och (ii) att syntetisera dessa material som monoskikt eller mycket tunna filmer. Dock, hittills är inga magnetiska material kända, vilket kan leda till högre temperaturkvantavvikande Hall -effekt. För att få stora hallvinklar, nämligen, förhållandet mellan Hall och elektriska konduktiviteter, två villkor måste vara uppfyllda:för det första en stor Hall -konduktivitet och för det andra ett litet antal bärare. Dessa villkor är uppfyllda i Weyl-halvmetaller där Weyl-noderna har nära energi till Fermi-energin.

    Vi har funnit att Co 3 Sn 2 S 2 visar en gigantisk avvikande Hall -effekt och en gigantisk hallvinkel vid temperaturer upp till 150 K, tyder på en Weyl -halvmetall. Efterföljande bandstrukturberäkningar visar verkligen närvaron av Weyl-noder nära Fermi-energin. Dessutom, magnetotransportmätningar ger bevis för en kiral anomali som är en tydlig signatur av en Weyl-halvmetall. Vårt arbete ger en tydlig väg till observation av en kvantanomalisk hall -effekt vid rumstemperatur genom att utforska familjer av magnetiska Weyl -halvmetaller.

    Den här studien, för första gången, inser de gigantiska anomala Hall-effekterna genom att använda en magnetisk Weyl-halvmetall, som fastställer den magnetiska Weyl -halvmetallkandidaten Co 3 Sn 2 S 2 som en nyckelklass av material för grundläggande forskning och tillämpningar som kopplar samman topologisk fysik och spintronik. Med en fjärrstyrd ferromagnetism utanför planet på Kagomé-gittermodellen för plattformen för kvanttopologiska tillstånd, vi förväntar oss vidare att detta material är en utmärkt kandidat för observation av det kvantavvikande Hall-tillståndet i den tvådimensionella gränsen.

    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com