物理學家打破磁性規則,助力量子與超導發展
研究人員正在獲取關於先進材料中磁性和電子相互作用的新見解。
萊斯大學一個團隊的發現或許會給量子計算和高溫超導體等領域帶來變革。
他們針對鐵錫(FeSn)薄膜的研究改變了科學家對籠目磁體的看法,籠目磁體是依據一種傳統的編織籃子圖案而得名的。
該團隊發現,FeSn 的磁性源自局域電子,而非之前所假定的移動電子。
據該團隊所言,這些發現對現有的關於籠目金屬的理論發起了挑戰,併爲磁性提供了新的見解,有可能指導創造出具有定製特性的材料,應用於量子計算和超導體等先進技術。
“這項工作有望推動對量子材料新興特性的進一步實驗和理論研究,加深我們對這些神秘材料及其潛在實際應用的理解,”物理學和天文學副教授、萊斯學院高級研究員明毅在一份聲明中說道。
籠目磁體,因一種傳統的編織籃子的圖案而得名,是具有獨特晶格狀結構的材料。
這種設計讓它們能夠呈現出獨特的磁性和電子行爲,其原因在於電子波函數的量子相消干涉。
磁性籠目材料讓研究結構、電子相互作用和磁性之間的相互作用得以實現。
已報道了許多磁性籠目系統類型,例如 RMn6Sn6 家族(其中 R 是一種稀土元素)和二元 FemXn 家族(其中 X 是 Sn 或 Ge)。
磁性籠目材料在研究磁性、相互作用和結構如何協同工作方面令人興奮。
已發現許多類型的磁性籠目系統,比如 FemXn 家族(其中 X 可爲 Sn 或 Ge)以及 RMn6Sn6 家族(其中 R 爲稀土元素)。
在這些材料中,當它們未進行磁性排序時,被稱爲籠目平帶的特定能級接近一個被稱爲費米能級的關鍵能級。
據信,部分填充這些平帶可能會引發一種被稱爲斯通納型鐵磁性的磁性。
然而,科學家們尚未能觀察到這些材料在較高溫度下發生的磁分裂,這給籠目磁體中磁性的工作原理留下了疑問。
在他們的新研究中,該團隊製造出高質量的 FeSn 薄膜,並使用一種結合分子束外延和角分辨光電子能譜的複雜方法檢查了其電子結構。
他們發現,即使在高溫下,kagome 平帶仍保持分開的狀態,這表明該材料的磁性是由局域化的電子所驅動的。電子相關效應使得理解電子行爲如何影響 kagome 磁體的磁性特徵變得更加困難。
據研究人員稱,這項工作還通過揭示某些電子軌道的相互作用比其他軌道更強,即一種在鐵基超導體中已被觀察到的選擇性能帶重整化過程,爲電子相互作用如何影響 kagome 磁體的行爲提供了新的認識。
“我們的研究強調了在籠目磁體中 磁性 和 電子 相關性之間複雜的相互作用,並指出這些影響在塑造其整體行爲方面不容小覷,”萊斯學院初級研究員任真在一份 聲明 中說道。
該團隊還宣稱,此項研究對於具有類似特徵的材料有着更爲廣泛的影響,並進一步加深了我們對 FeSn 的理解。
新技術,如拓撲 量子計算,其中磁性和拓撲平帶的相互作用產生了可以用作量子邏輯門的量子態,以及高溫超導體,可能會從對平帶和電子相關性的理解中受益。
該團隊研究的細節在《自然通訊》雜誌上發表。