(a) Uppmätta spinnupplösta Fermi-bågar i 2 ML Fe/W(110) till vänster och på höger sida av momentumkartan. Färger indikerar spinnkomponenten i planet längs x-riktningen, som är ortogonal mot provets magnetisering (b) Pilar betecknar den fullständiga teoretiska spinnstrukturen i momentumrymden, och avslöjar en framträdande icke-kolinearitet för Fermi-bågarna (röd) jämfört med de inre tillstånden (grå). (c) Fördelning av den teoretiska momentum-rymden Bärkrökning för alla upptagna band i 2 MLs Fe/W(110), runt ett av paren av Fermi-bågar. Kredit:Ying-Jiun Chen et al, Nature Communications , https://doi.org/10.1038/s41467-022-32948-z (CC-BY)
Jülich-forskare har för första gången kunnat demonstrera ett exotiskt elektroniskt tillstånd, så kallade Fermi Arcs, i ett 2D-material. Det överraskande utseendet på Fermi-bågar i ett sådant material ger en länk mellan nya kvantmaterial och deras respektive potentiella tillämpningar i en ny generation av spintronik och kvantberäkningar. Resultaten har nyligen publicerats i Nature Communications .
De nyligen upptäckta Fermi-bågarna representerar speciella—bågliknande—avvikelser från den så kallade Fermi-ytan. Fermiytan används i den kondenserade materiens fysik för att beskriva momentumfördelningen av elektroner i en metall. Normalt representerar dessa Fermi-ytor slutna ytor. Undantag som Fermi-bågar är mycket sällsynta och är ofta förknippade med exotiska egenskaper som supraledning, negativ magnetresistans och avvikande kvanttransporteffekter.
Dagens tekniska utmaning är att utveckla "on-demand"-kontrollen av fysikaliska egenskaper i material. Sådana experimentella tester har dock till stor del begränsats till bulkmaterial och är viktiga stora utmaningar inom vetenskapen om kondenserad materia. Med sitt banbrytande paradigm presenterar resultaten en lovande ny gräns för kvantkontroll av topologiska tillstånd i lågdimensionella system med externa medel – det externa magnetfältet som erbjuder oöverträffade möjligheter på 2D-material för artificiell intelligens såväl som framtida informationsbehandling.
Det analyserade materialet är ett så kallat topologiskt 2D-material. Topologiska material har speciella egenskaper som uppstår på grund av interaktioner mellan elektronerna och kristallstrukturen och är skyddade mot störande påverkan. 2D-material, å andra sidan, är material som består av endast ett lager av atomer eller molekyler och som forskas intensivt på grund av deras ovanliga egenskaper. Ett välkänt exempel är grafen, som består av enskiktskol.
Grafen uppvisar exotiska fysikaliska egenskaper jämfört med dess bulkmotsvarighet. Materialet som nämns i uppsatsen är ett 2D-järnatomlager. Jämfört med grafen är dessa 2D-hybridmagneter en klass av material som avslöjar ytterligare framväxande fenomen i enskiktsgränsen. Det kan till exempel leda till potentiella tillämpningar av den kirala anomalien i enheter och öppna ett nytt forskningsområde inom området för starkt korrelerade topologiska material.
För arbetet genomförde forskarna experiment vid Elettra Synchrotron i Trieste, Italien. Där driver ett internationellt konsortium under ledning av Forschungszentrum Jülich det spinnupplösande momentummikroskopet vid NanoESCA-strållinjen. + Utforska vidare
