La materia de Dirac es una clase intrigante de materiales con propiedades bastante peculiares: los electrones en estos materiales se comportan como si no tuvieran masa. El material de Dirac más prominente es el grafeno, pero se han descubierto otros miembros durante los últimos 15 años más o menos.uno de ellos sirve como un rico patio de recreo para explorar comportamientos electrónicos 'exóticos', algunos de los cuales prometen habilitar componentes novedosos para la electrónica. Sin embargo, incluso si Dirac importa y otros llamados materiales topológicos, en los que los electrones se comportan de manera similarformas inesperadas: se encuentran entre los sistemas de materia condensada más estudiados actualmente, solo hay muy pocos ejemplos en los que la topología de las bandas electrónicas esté conectada de manera bien definida a las propiedades magnéticas de los materiales.La interacción entre los estados electrónicos topológicos y el magnetismo se ha observado en CaMnBi2, pero el mecanismo que conecta los dos sigue sin estar claro. Cartas de revisión física , postdoc Run Yang y el estudiante de doctorado Matteo Corasaniti del grupo de espectroscopía óptica del profesor Leonardo Degiorgi en el Laboratorio de Física del Estado Sólido de ETH Zurich, trabajando con colegas en el Brookhaven National Laboratory EE. UU. Y la Academia de Ciencias de China en Beijing, ahora informan un estudio exhaustivo en el que proporcionan evidencia clara de que es un ligero empujón en los momentos magnéticos, conocido como giro de giro, que provoca cambios sustanciales en la estructura de la banda electrónica.
Brújula apunta a la dirección correcta en un camino lleno de baches
CaMnBi2 y el compuesto relacionado SrMnBi2 han atraído recientemente la atención, ya que muestran el magnetismo cuántico: los iones de manganeso se ordenan antiferromagnéticamente a temperatura ambiente y por debajo, y al mismo tiempo albergan electrones Dirac.se sospecharon propiedades durante un tiempo, no menos importante, ya que a ~ 50 K aparece una inesperada 'protuberancia' en las propiedades de conducción de estos materiales, pero la naturaleza precisa de esta anomalía todavía se conocía mal hasta ahora.
En un trabajo anterior que estudiaba las propiedades ópticas, Corasaniti, Yang y sus compañeros de trabajo ya habían establecido un vínculo con las propiedades electrónicas del material. En particular, utilizaron el hecho de que la anomalía similar a la protuberancia en las propiedades de transporte puede cambiar de temperaturareemplazando algunos de los átomos de calcio con sodio. Para llegar ahora a los orígenes microscópicos del comportamiento observado, estudiaron muestras con diferentes dopajes de sodio mediante magnetometría de torque. En esta técnica, el torque en una muestra magnética se mide cuando se expone aun campo adecuadamente fuerte, de manera similar a como una aguja de la brújula se alinea con el campo magnético de la Tierra. Y este enfoque demostró señalar al equipo los orígenes de la anomalía.
Un vínculo firme entre las propiedades magnéticas y electrónicas
En sus experimentos de torque magnético, los investigadores encontraron que a temperaturas donde no se observa ninguna anomalía en las mediciones de transporte electrónico, el comportamiento magnético es el que cabría esperar de un antiferromagnet. Este ya no era el caso a temperaturas a las que ella anomalía está presente. Allí, apareció un componente ferromagnético, que puede explicarse por una proyección de momentos magnéticos en el plano ortogonal al eje c de giro fácil del orden antiferromagnético original. Este fenómeno se conoce como spin-canting, inducido por unllamado mecanismo de súper intercambio.
Estos dos conjuntos de experimentos - mediciones ópticas y de torque - fueron respaldados por cálculos dedicados de primeros principios. En particular, para el caso en el que se incluyó la inclinación por rotación en los cálculos, se encontró una hibridación peculiar entre los átomos de manganeso y bismutopara mediar el acoplamiento magnético entre capas y para gobernar las propiedades electrónicas en el material. En conjunto, el estudio establece que el enlace directo buscado entre las propiedades magnéticas y los cambios en la estructura de la banda electrónica, se refleja en la anomalía de las propiedades de transporte..
Con una comprensión tan detallada a bordo, la puerta ahora está abierta para explorar no solo las propiedades electrónicas de CaMnBi2 y compuestos relacionados, sino también las posibilidades que surgen de la conexión entre las propiedades magnéticas y los estados topológicos en estas formas intrigantes de materia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Departamento de Física de Zurich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :