Badacze dokonali przełomu w obserwacjach wewnętrznych struktur magnetycznych w sieciach kagome, które mogą znacząco wpłynąć na przyszłość obliczenia kwantowe i zastosowania nadprzewodnictwa.
Zespół badawczy kierowany przez prof. Qingyou Lu z Instytutów Nauk Fizycznych Hefei Chińskiej Akademii Nauk we współpracy z prof. Yiminem Xiongiem z Uniwersytetu Anhui dokonał przełomowego odkrycia. Wykorzystując zaawansowane techniki, takie jak mikroskopia sił magnetycznych (MFM), spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego i symulacje mikromagnetyczne, dokonali pierwszej w historii obserwacji wewnętrznych struktur magnetycznych w sieci kagome.
Odkrycia te, opublikowane niedawno w Zaawansowana naukarzucają nowe światło na zachowanie materiałów, które w dużej mierze zależy od interakcji pomiędzy ich wewnętrznymi elektronami i strukturą sieci. Kraty Kagome, znane ze swoich unikalnych właściwości, takich jak punkty Diraca i płaskie pasma, wykazują niezwykłe zjawiska, takie jak magnetyzm topologiczny i niekonwencjonalne nadprzewodnictwo. Sieci te cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na ich potencjał umożliwiający nowe spojrzenie na nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe i obliczenia kwantowe. Mimo to wewnętrzne wzorce spinu definiujące te materiały pozostały nieuchwytne – aż do teraz.
Odkrycie nowego układu magnetycznego w Fe3sen2
W swoich badaniach zespół badawczy odkrył nowy układ magnetyczny modulowany siatką w podwójnym kagomie Fe3sen2 pojedynczy kryształ. Układ ten utworzył unikalną, złamaną strukturę sześciokątną w wyniku konkurencji między sześciokątną symetrią sieci a jednoosiową anizotropią magnetyczną. Pomiary transportu Halla dodatkowo potwierdziły obecność topologicznie uszkodzonych konfiguracji spinów w materiale.
Eksperymenty ze zmienną temperaturą wykazały, że rekonstrukcja magnetyczna w Fe3sen2 monokryształy powstały w wyniku przejścia fazowego drugiego lub słabego pierwszego rzędu, co zmienia wcześniejsze założenia dotyczące przejścia pierwszego rzędu. Odkrycie to na nowo zdefiniowało niskotemperaturowy magnetyczny stan podstawowy jako stan ferromagnetyczny w płaszczyźnie, co zaprzecza wcześniejszym doniesieniom o stanie szkła spinowego. Na podstawie tych wyników zespół opracował nowy magnetyczny diagram fazowy dla Fe3sen2.
Implikacje dla obliczeń kwantowych i nadprzewodnictwa
Ponadto ilościowe dane MFM wykazały, że znaczące pozapłaszczyznowe składniki magnetyczne utrzymują się w niskich temperaturach. Korzystając z modelu Kane’a-Mele’a, zespół wyjaśnił otwarcie szczeliny Diraca w niskich temperaturach, odrzucając wcześniejsze hipotezy dotyczące obecności skyrmionów w tych warunkach.
Według zespołu badawczego ten przełom zapewnia nowe spojrzenie na badanie topologicznych struktur magnetycznych i opracowywanie przyszłych technologii w zakresie obliczeń kwantowych i nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego.
Odniesienie: „Obrazowanie w przestrzeni rzeczywistej wewnętrznych tekstur spinowych łamiących symetrię w siatce Kagome” autorstwa Caihong Xie, Yongcheng Deng, Dong Zhang, Junbo Li, Yimin Xiong, Mangyuan Ma, Fusheng Ma, Wei Tong, Jihao Wang, Wenjie Meng, Yubin Hou, Yuyan Han, Qiyuan Feng i Qingyou Lu, 19 sierpnia 2024 r., Zaawansowana nauka.
DOI: 10.1002/advs.202404088
