Раскрытие потенциала магнитных материалов

Автор: Институт структуры и динамики материи Макса Планка, 4 февраля 2023 г.

Магнитный материал подвергается воздействию двух лазерных лучей, электрические поля которых вращаются в противоположных направлениях. Материал рассеивает свет. Если существует разница между интенсивностью рассеянного света двух лучей, материал находится в топологической фазе. Фото: Йорг Хармс, MPSD

Топологические фазы не ограничиваются электронными системами и могут также существовать в магнитных материалах, характеризующихся магнитными волнами, известных как магноны. Хотя ученые разработали методы создания и измерения токов магнонов, им еще предстоит напрямую наблюдать топологическую фазу магнонов.

Магнон проходит через магнитный материал, нарушая его магнитный порядок, подобно тому, как звуковая волна распространяется по воздуху. Этот порядок можно представить как совокупность волчков, имеющих общую ось вращения. Эффект волны заключается в небольшом наклоне осей, вокруг которых вращаются волчки.

Топологическая фаза магнонов связана с каналами, которые могут проводить ток магнонов по краям образца. Исследователи надеются, что такие краевые каналы можно будет использовать для передачи информации в будущих устройствах спинтроники, аналогично тому, как электрические токи используются для передачи сигналов в электронных устройствах. Однако прежде чем такие технологии смогут быть реализованы, ученым необходимо найти способ проверить, является ли магнитная фаза топологической или нет.

The transatlantic research team studied a class of magnetic materials structurally similar to grapheneGraphene is an allotrope of carbon in the form of a single layer of atoms in a two-dimensional hexagonal lattice in which one atom forms each vertex. It is the basic structural element of other allotropes of carbon, including graphite, charcoal, carbon nanotubes, and fullerenes. In proportion to its thickness, it is about 100 times stronger than the strongest steel." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> графен и подвергли их воздействию лазерного света с правой или левой поляризацией, при котором электрическое поле лазера вращается либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки вокруг оси лазерного луча. Исследователи проанализировали свет, рассеянный материалом, и показали, что, если интенсивность рассеяния различна для двух поляризаций, материал находится в топологической фазе. И наоборот, если нет разницы в интенсивности рассеянного света, то материал не находится в топологической фазе. Таким образом, свойства рассеянного света служат четкими индикаторами топологических фаз в этих магнитных материалах.

Этот метод прост в применении и может быть распространен и на другие квазичастицы, говорит ведущий автор Эмиль Виньяс Бострём: «Комбинационное рассеяние света — это стандартный экспериментальный метод, доступный во многих лабораториях, что является одной из сильных сторон этого предложения. результаты весьма общие и одинаково хорошо применимы и к другим типам систем, состоящих из фононов, экситонов или фотонов».

В долгосрочной перспективе есть надежда, что магноны можно будет использовать для создания более устойчивых технологических устройств с гораздо меньшим энергопотреблением: «Использование топологических токов магнонов потенциально может снизить энергопотребление будущих устройств примерно в 1000 раз по сравнению с электронными. устройств, хотя до этого момента еще предстоит решить множество проблем», — говорит Виньяс Бострём.

Reference: "Direct Optical Probe of Magnon Topology in Two-Dimensional Quantum Magnets" by Emil Viñas Boström, Tahereh Sadat Parvini, James W. McIver, Angel Rubio, Silvia Viola Kusminskiy and Michael A. Sentef, 13 January 2023, Physical Review LettersPhysical Review Letters (PRL) is a peer-reviewed scientific journal published by the American Physical Society. It is one of the most prestigious and influential journals in physics, with a high impact factor and a reputation for publishing groundbreaking research in all areas of physics, from particle physics to condensed matter physics and beyond. PRL is known for its rigorous standards and short article format, with a maximum length of four pages, making it an important venue for rapid communication of new findings and ideas in the physics community." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"Physical Review Letters.DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.026701/p>