2018-12-08 17:28:02
kagome格子上的一个新旋转

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像许多科学探究的目标一样,被称为kagome磁体的材料类已被证明是令人沮丧和惊讶的源泉。进一步揭示kagome磁体的量子特性被认为是基础物理学中的主要挑战之一 - 对理论家和实验者都是如此。

原子排列的一个不寻常的基本几何形状是这些材料价值的核心。 Kagome格子被描述为“角共享三角形”的交叉网,并且被认为是遍历电子的独特行为,是研究量子电子状态的肥沃土壤,被描述为受挫,相关和拓扑。

国际研究小组最近发表在“自然”杂志上的一项研究发现,kagome铁磁体Fe3Sn2表现出一种电子态,它可以非常强烈地耦合到一个可以旋转到三维空间任何方向的磁场。在量子尺度上揭示了在材料内发生的“巨大的”磁化驱动的电子能量转换。

波士顿大学物理学教授王自强说,这种能量转移揭示了kagome晶格中自旋轨道耦合和拓扑自旋纹理的存在,其中磁性和电子结构被纠缠并产生不寻常的 - 通常是先前未知的自旋轨道活动。该报告的共同作者,标题为“强相关kagome磁体中的巨型和各向异性自旋轨道可调谐性”。

“我们发现了两件事。第一件事是Fe3Sn2的电子状态是向列的,这是一种自发地破坏旋转对称性的状态。电子在这种磁体内表现为液晶,可能是由于强电子 - 电子相互作用, “王说。 “我们发现的第二件事是你可以通过施加磁场来调整磁结构来操纵和改变电子能量结构。”

王,理论物理学家,研究生昆江博士,他们一直在研究由电子 - 电子相互作用,几何挫折和拓扑带结构的相互作用产生的新型量子电子态,加入了实验主义者的同事,他们首先注意到他们使用扫描隧道显微镜研究材料时不寻常的电子活动。

该团队 - 包括来自不列颠哥伦比亚大学,普林斯顿大学,中国科学院,人民大学和北京大学的研究人员 - 使用STM和矢量磁场工具来识别kagome铁磁体的自旋轨道耦合电子特性,并探索了异国情调。其中的现象,同时进行建模和计算,以提供理论解释和理解观察到的现象。

“我们的同事们发现,通过改变磁场的方向,他们看到异常大的电子状态的变化,”王说。 “频带的变化 - 存在带隙,量子力学中禁止电子不能存在的区域 - 这些区域可以通过施加的磁场极大地调整。”

王先生表示,“乐队转变”是电子乐队结构的变化。它根据磁场方向扩展和缩小带隙。 kagome铁磁体显示出比普通材料大约150倍的位移。

探测电子量子力学波函数的干涉模式揭示了一致的自发向列性 - 重要电子相关性的指示,导致材料中电子态的旋转对称性破坏。

研究人员报告说,这些自旋驱动的巨型电子响应表明了潜在的相关磁拓扑阶段的可能性。该团队写道,kagome磁体的可调性揭示了外部施加的磁场与向列性之间的强烈相互作用,提供了控制自旋轨道特性和探索拓扑或量子材料中出现现象的新方法。

Wang表示,电气特性的巨大磁场可调性有一天可能会导致电子设备的潜在应用,如存储器和信息存储和传感技术。

“这些结果令人兴奋的是实现有用的潜力,”王说。 “这是来自非常基础的物理学,但有一天可能会连接到应用程序。我们并不了解所有内容,但我们现在知道这是一种包含所有这些重要成分的材料。”

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