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Telegram获取用户ID(www.tel8.vip):科学家发现能在通电和高温下转变磁性的新材料

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物理学家发现了一种材料,其中原子的排列方式阻碍了电子的运动,以至于它们参与了集体舞蹈,它们的电子和磁性似乎以意想不到的方式竞争和合作。


颜色用于说明在极低温度下在磁性铁锗晶体中出现的电荷密度波形。该材料是具有六边形(颜色)和三角形(黑色)原子晶格排列的kagome晶格金属的一个例子。晶格排列阻碍了电子(蓝色和银色球体)的运动,从而产生了电荷密度波等集体行为。



研究人员研究了纯铁锗晶体和发现的流体电子驻波在晶体冷却到临界低温时自发出现在晶体中。有趣的是,当材料处于磁性状态时,电荷密度波就会出现,它在更高的温度下转变为磁性状态。


电荷密度波通常发生在没有磁性的材料中,同时具有电荷密度波和磁性的材料实际上很少见。更罕见的是电荷密度波和磁力相互对’,就像他们在这种情况下所做的那样。


通常,电荷密度波与磁性同时发生或发生在比磁性转变更高的温度下,这种特殊情况似乎很特殊,因为电荷密度波实际上发生在远低于磁性的温度下。我们不知道有任何其他示例在这种材料中实际发生这种情况,这种材料具有kagome 晶格。这表明它可能与磁场有关。



实验中使用的铁锗晶体是在戴的实验室中生长的,其晶格中原子的独特排列让人想起日本戈薇篮子中的图案。晶格中的等边三角形迫使电子相互作用,因为它们不喜欢彼此靠近,这种强迫阻碍了它们的运动。随着温度的下降,强迫会增加,从而产生电荷密度波等集体行为。

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电荷密度波就像在海洋表面形成的波浪。只有在条件合适时才会形成。在这种情况下当一个独特的鞍形特征出现在允许电子存在的量子态中时。与磁序的联系是,这种电荷密度波仅在磁性使鞍形出现时才会出现. 这是我们的假设。


这些实验提供了物理学家将在具有拓扑特征和由强相关电子相互作用产生的量子材料中发现的特性的诱人一瞥。


在拓扑材料中,量子纠缠模式会产生无法擦除的“受保护”状态。拓扑状态的不可变特性越来越引起量子计算和自旋电子学的兴趣。最早的拓扑材料是非导电绝缘体,其受保护状态允许它们以有限的方式导电,例如在 2D 外表面或沿 1D 边缘。


在强相关材料中,数十亿电子的相互作用会产生集体行为,如非常规超导性或量子自旋液体中磁态之间的连续波动。


对于像原始拓扑绝缘体这样的弱相关材料,第一性原理计算效果非常好,仅仅根据原子的排列方式,你就可以计算出预期的能带结构。从材料设计的角度来看,这是一条非常好的途径。您甚至可以预测材料的拓扑结构。


但强相关材料更具挑战性,理论和测量之间缺乏联系。因此,不仅很难找到同时具有强相关性和拓扑性的材料,而且当你找到它们并测量它们时,也很难将你正在测量的东西与解释正在发生的事情的理论模型联系起来。


kagome是朝着这个方向发展的一个很好的平台,因为有一些方法可以根据晶体结构直接预测你将获得的能带结构类型,以及基于该能带结构可能出现的现象。它有许多正确的成分。


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