Les physiciens trouvent les origines des «chanteurs» dans les aimants 2D

Les physiciens du riz ont confirmé les origines topologiques des magnétons, des caractéristiques magnétiques qu’ils ont découvertes il y a trois ans dans un matériau bidimensionnel qui pourrait être utile pour coder des informations dans les électrons en rotation.

Cette découverte est décrite dans une étude publiée en ligne cette semaine dans la revue American Physical Society X. examen physique, fournit une nouvelle compréhension des excitations de spin induites par la topologie dans des matériaux connus sous le nom d’aimants 2D de van der Waals. Les matériaux suscitent un intérêt croissant pour l’inféroélectronique, un mouvement dans la communauté de l’électronique à l’état solide vers des technologies qui utilisent les spins des électrons pour coder des informations pour le calcul, le stockage et la communication.

Le spin est une caractéristique intrinsèque des objets quantiques, et les spins des électrons jouent un rôle majeur dans l’apparition du magnétisme.

Le physicien du riz Pengcheng Dai, co-auteur de X. examen physique L’étude indique que des expériences de diffusion inélastique de neutrons sur un matériau triiode de chrome 2D ont confirmé l’origine de la nature topologique des excitations de spin, appelées magnons, que son groupe et d’autres ont découvert dans le matériau en 2018.

Day a déclaré que les dernières expériences du groupe à la source de neutrons à fragmentation du Laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL) ont montré que « le couplage spin-spin conduit à des interactions asymétriques entre les spins » des électrons dans le triiodure de chrome. En conséquence, les spins des électrons se sentent champ magnétique Les noyaux se déplacent différemment, et cela affecte leurs excitations topologiques. »

Dans les matériaux van der Waals, les couches 2D atomiquement minces sont empilées comme les pages d’un livre. Les atomes à l’intérieur des couches sont étroitement liés, mais les liaisons entre les couches sont faibles. Le matériau est utile pour explorer des comportements électroniques et magnétiques inhabituels. Par exemple, une feuille bidimensionnelle de triiodure de chrome a le même agencement magnétique qui fait coller des étiquettes magnétiques à un réfrigérateur en métal. Des empilements de couches tridimensionnelles ou plus ont également cet arrangement magnétique, qu’ils appellent physique ferromagnétique. Mais deux plaques empilées de triiodure de chrome ont une disposition opposée appelée antimagnétique.

Ce comportement étrange a incité Dai et ses collègues à étudier le matériel. L’étudiante diplômée Rice Liping Chen, auteure principale du livre de cette semaine X. examen physique Une étude de 2018 et une étude dans la même revue ont développé des méthodes pour fabriquer et aligner des feuilles de triiodure de chrome pour des expériences à l’ORNL. En bombardant ces échantillons de neutrons et en mesurant l’excitation de spin résultante avec un spectromètre à temps de vol à neutrons, Chen et Dai et leurs collègues peuvent discerner des caractéristiques et des comportements inconnus du matériau.

Dans leur étude précédente, les chercheurs ont montré que le triiodure de chrome crée son champ magnétique grâce aux magnons se déplaçant si vite qu’ils ont l’impression de se déplacer sans résistance. Day a déclaré que la dernière étude explique pourquoi un empilement à deux couches de triiodure de chrome a un arrangement antimagnétique.

« Nous avons trouvé des preuves d’un ordre magnétique basé sur l’empilement dans le matériau », a déclaré Day. Il est important de découvrir les principales origines et caractéristiques de l’État, car il se trouve dans un aimant 2D de van der Waals.

Parmi les autres co-auteurs figurent Ben Zhao de Rice, Jay Ho Chung de l’Université de Corée, Matthew Stone, Alexander Kolesnikov, Barry Wen, Ovidio Garlia et Douglas Abernathy de l’ORNL, et Mathias Augustin et Elton Santos de l’Université d’Édimbourg.