Τα Kagome's είναι ένα υλικό του οποίου η δομή πήρε το όνομά του από μια παραδοσιακή ιαπωνική τεχνική ύφανσης καλαθιού. Η ύφανση δημιουργεί ένα σχέδιο εξαγώνων που οριοθετούνται από τρίγωνα και αντίστροφα. Στα μέταλλα Kagome, η διαμόρφωση του ατόμου μιμείται το σχέδιο ύφανσης. Αυτή η ιδιότητα κάνει τα ηλεκτρόνια στην ουσία να συμπεριφέρονται διαφορετικά.
Επιστήμονες από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ Εθνικό Εργαστήριο Ames και Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge πρόσφατα ανακάλυψαν μαγνητικές αλληλεπιδράσεις στον τοπολογικό μαγνήτη TbMn6Sn6 με στρώματα Kagome. Η ανακάλυψη θα μπορούσε να οδηγήσει στην προσαρμογή του τρόπου με τον οποίο τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσα από αυτά τα υλικά.
Οι επιστήμονες διεξήγαγαν μια εις βάθος έρευνα του TbMn6Sn6 για να κατανοήσουν καλύτερα το υλικό και τα μαγνητικά του χαρακτηριστικά. Αυτά τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να επηρεάσουν τις μελλοντικές τεχνολογικές εξελίξεις στον κβαντικό υπολογισμό, τα μαγνητικά μέσα αποθήκευσης και τους αισθητήρες υψηλής ακρίβειας.
Ο Rob McQueeney, επιστήμονας στο Ames Lab και επικεφαλής του έργου, εξήγησε ότι τα τοπολογικά υλικά έλεγαν: «Η χρήση μαγνητικών ατόμων για την κατασκευή του πλέγματος αυτών των υλικών, όπως το Mn στο TbMn6Sn6, μπορεί να βοηθήσει περαιτέρω στην πρόκληση τοπολογικών χαρακτηριστικών. Έχουν ειδική ιδιότητα όπου υπό την επήρεια μαγνητισμός, μπορείτε να λάβετε ρεύματα που ρέουν στην άκρη του υλικού, τα οποία δεν διαχέονται, πράγμα που σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια δεν διασκορπίζονται και δεν διαχέουν ενέργεια».
Οι επιστήμονες, συγκεκριμένα, προσδιόρισαν τον μαγνητισμό στο TbMn6Sn6. Για την ανάλυσή τους, χρησιμοποίησαν υπολογισμούς και δεδομένα σκέδασης νετρονίων που συλλέχθηκαν από την Πηγή Νετρονίων Spallation Oak Ridge για να πραγματοποιήσουν την ανάλυσή τους.
Ο Simon Riberolles, μεταδιδακτορικός ερευνητικός συνεργάτης στο Ames Lab και μέλος της ομάδας του έργου, εξήγησε, «Η πειραματική τεχνική που χρησιμοποίησε η ομάδα. Η τεχνική περιλαμβάνει μια δέσμη σωματιδίων νετρονίων που χρησιμοποιείται για να ελεγχθεί πόσο άκαμπτη είναι η μαγνητική τάξη. Η φύση και η ισχύς των διαφορετικών μαγνητικών αλληλεπιδράσεων που υπάρχουν στα υλικά μπορούν όλα να χαρτογραφηθούν χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική».
Ο McQueeney είπε, «Το TbMn6Sn6 έχει ανταγωνιστικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των στρωμάτων ή ματαιωμένο μαγνητισμό. «Έτσι το σύστημα πρέπει να κάνει έναν συμβιβασμό. Συνήθως, αυτό σημαίνει ότι, αν το σπρώξετε, μπορείτε να το κάνετε να κάνει διαφορετικά πράγματα. Αλλά ανακαλύψαμε σε αυτό το υλικό ότι παρόλο που υπάρχουν αυτές οι ανταγωνιστικές αλληλεπιδράσεις, κυριαρχούν άλλες αλληλεπιδράσεις.»
Riberolles είπε, «Αυτή είναι η πρώτη λεπτομερής έρευνα των μαγνητικών ιδιοτήτων του TbMn6Sn6 που δημοσιεύεται. Στην έρευνα, είναι πάντα συναρπαστικό όταν καταλαβαίνεις ότι καταλαβαίνεις κάτι καινούργιο ή μετράς κάτι που δεν έχει ξαναδεί ή έγινε κατανοητό εν μέρει ή διαφορετικά».
Οι McQueeney και Riberolles εξήγησαν ότι τα ευρήματά τους υποδηλώνουν ότι το υλικό θα μπορούσε να προσαρμοστεί για συγκεκριμένα μαγνητικά χαρακτηριστικά, για παράδειγμα, αλλάζοντας το Tb για ένα διαφορετικό στοιχείο σπάνιας γαίας, το οποίο θα άλλαζε τον μαγνητισμό της ένωσης. Αυτή η θεμελιώδης έρευνα ανοίγει το δρόμο για συνεχείς προόδους στην ανακάλυψη μετάλλων Kagome.
Αναφορά στο περιοδικό:
- SXM Riberolles et al., Low-Temperature Competing Magnetic Energy Scales in the Topological Ferrimagnet TbMn6Sn6, Φυσική εξέταση X (2022). DOI: 10.1103 / PhysRevX.12.021043
