Kagome's zijn een materiaal waarvan de structuur is vernoemd naar een traditionele Japanse mandenvlechttechniek. Door het weven ontstaat een patroon van zeshoeken omzoomd door driehoeken en omgekeerd. In Kagome-metalen bootst de atoomconfiguratie het weefpatroon na. Deze eigenschap zorgt ervoor dat de elektronen in de stof zich anders gedragen.
Wetenschappers van het Amerikaanse ministerie van Energie Ames Nationaal Laboratorium en Oak Ridge National Laboratory hebben onlangs magnetische interacties ontdekt in de Kagome gelaagde topologische magneet TbMn6Sn6. De ontdekking zou kunnen leiden tot het aanpassen van de manier waarop elektronen door deze materialen stromen.
Wetenschappers hebben een diepgaand onderzoek naar TbMn6Sn6 uitgevoerd om het materiaal en de magnetische eigenschappen ervan beter te begrijpen. Deze resultaten kunnen van invloed zijn op toekomstige technologische ontwikkelingen op het gebied van kwantumcomputers, magnetische opslagmedia en uiterst nauwkeurige sensoren.
Rob McQueeney, een wetenschapper bij Ames Lab en projectleider, legde uit dat topologische materialen zeiden: “Het gebruik van magnetische atomen om het rooster van deze materialen te construeren, zoals Mn in TbMn6Sn6, kan verder helpen bij het induceren van topologische kenmerken. Ze hebben een bijzondere eigenschap waar ze onder invloed van zijn magnetismekun je stromen krijgen die langs de rand van het materiaal stromen en die geen dissipatie hebben, wat betekent dat de elektronen niet verstrooien en geen energie dissiperen.”
Wetenschappers hebben met name het magnetisme in TbMn6Sn6 bepaald. Voor hun analyse gebruikten ze berekeningen en neutronenverstrooiingsgegevens verzameld van de Oak Ridge Spallation Neutron Source om hun analyse uit te voeren.
Simon Riberolles, een postdoc-onderzoeksmedewerker bij Ames Lab en lid van het projectteam, legde uit: “De experimentele techniek die het team gebruikte. De techniek omvat een bundel neutronendeeltjes die wordt gebruikt om te testen hoe stijf de magnetische orde is. Met deze techniek kunnen de aard en sterkte van de verschillende magnetische interacties in de materialen in kaart worden gebracht.”
McQueeney zei: “TbMn6Sn6 heeft concurrerende interacties tussen de lagen of gefrustreerd magnetisme. “Het systeem moet dus een compromis sluiten. Meestal betekent dit dat als je erin prikt, je hem verschillende dingen kunt laten doen. Maar we ontdekten in dit materiaal dat, ook al zijn die concurrerende interacties er, andere interacties dominant zijn.”
Riberollen zei, “Dit is het eerste gedetailleerde onderzoek naar de magnetische eigenschappen van TbMn6Sn6 dat wordt gepubliceerd. Bij onderzoek is het altijd spannend als je erachter komt dat je iets nieuws begrijpt, of iets meet dat nog niet eerder is gezien, of gedeeltelijk of anders is begrepen.”
McQueeney en Riberolles legden uit dat hun bevindingen suggereren dat het materiaal kan worden aangepast aan specifieke magnetische eigenschappen, bijvoorbeeld door de Tb te veranderen voor een ander zeldzaam aardelement, waardoor het magnetisme van de verbinding zou veranderen. Dit fundamentele onderzoek maakt de weg vrij voor verdere vooruitgang in de ontdekking van Kagome-metalen.
Journal Reference:
- SXM Riberolles et al., Concurrerende magnetische energieschalen bij lage temperaturen in de topologische ferrimagneet TbMn6Sn6, Fysieke beoordeling X (2022). DOI: 10.1103/PhysRevX.12.021043
