Ensimmäinen antiferromagneettinen topologinen kvanttimateriaali

21.01.2020

Dresden-antiferromagneettinen-topologinen-kvanttimateriaali-300-t.jpgLaaja kansainvälisten tutkimusryhmien yhteenliittymä, johon osallistui myös TU Dresden, on löytänyt uudentyyppisen kvanttimateriaalin, jolla on luontaiset magneettiset ja topologiset ominaisuudet. Uutta materiaali on mangaani-vismutti-telluridi (MnBi2Te4) ja se on erittäin lupaava sovellettavaksi antiferromagneettisiin spintronisiin ja kvanttisiin tekniikoihin.

Kvanttimateriaalit ovat maailmanlaajuisesti tutkimustoiminnan painopisteenä eri tieteenaloilla. Tällä materiaaliluokalla näyttää olevan yhä monimutkaisempia ja rikkaita fysikaalisia ilmiöitä, kuten magnetiikkaa, suprajohtavuutta tai topologiaa ja siksi se on erittäin lupaava tekniikan kehitykselle tietojenkäsittelyn, anturien, laskennan ja monien muiden alojen parissa.

Kvanttimateriaalien poikkeukselliset ominaisuudet vaativat usein erityisiä, tuskin saavutettavissa olevia olosuhteita, kuten matalat lämpötilat, erittäin voimakkaat magneettikentät tai korkea paine. Siksi tutkijat etsivät materiaaleja, joilla on eksoottisia ominaisuuksia jopa huoneenlämmössä ilman ulkoisia magneettikenttiä ja normaalissa ilmanpaineessa. Erityisen lupaavia ovat magneettiset topologiset eristeet (MTI). Niitä pidetään uusien kvasihiukkasten ja ennennäkemättömien kvantti-ilmiöiden lähteenä, mutta niiden kokeellinen toteutus on haastava.

Laajassa työssään tutkijat kehittivät ensimmäisen kidekasvatustekniikan ensimmäiselle luontaisesti magneettiselle topologiselle materiaalille: mangaani-vismutti-telluridille (MnBi2Te4) ja kuvailivat kiteiden fysikaalisia ominaisuuksia.

Tutkimusyhteistyö pystyi osoittamaan sekä teoriassa, että spektroskopisissa kokeissa, että MnBi2Te4 on ensimmäinen alle Néelin lämpötilan toimiva antiferromagneettinen topologinen eriste (AFMTI).

Tämän löydön merkitys tiedeyhteisölle on valtava: MTI-kiteen pinnalla on reunatila, joka voi saavuttaa kvantisoidun Hall-johtavuuden jopa ilman ulkoista magneettikenttää. Myös uusi magneettisten van der Waals -materiaalien tutkimusalue voisi hyötyä uusista kaksiulotteisista ferromagneeteista.

Dresdenin Anna Isaevan ryhmä on edelleen optimoinut uuden materiaalin synteesiprotokollan niin, että MnBi2Te4 -kiteet voidaan tuottaa helpommin.

"Olemme t odistamassa uuden magneettisen topologisen eristeperheen syntymistä, jotka luottavat pikemminkin luontaiseen magnetointiin kuin perinteisemmän magneettisen seostuksen lähestymistapaan,” toteaa Isaeva.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttimateriaaleja puolijohteiden tilalle

Parhaat kahdesta maailmasta: Magnetismi ja Weyl -puolimetallit

17.02.2020Kubitteja keinoatomeista
14.02.2020Kohinalla hehkuttaen
14.02.2020Tehokkaampia sähkökatalyyttisiä reaktioita
12.02.2020Elektroninen nenä MOF-materiaaleista
11.02.2020Uudenlainen elektrodirakenne tehokkaimille akuille
10.02.2020Kvanttitiedonsiirtoa nykyisissä kuituverkoissa
07.02.2020Uusi kvasihiukkanen löydetty: Pi-ton
06.02.2020Resonaattorit hidastavat valoa
05.02.2020Nanoputkien rullasta uudenlaista materiaalia
04.02.2020Tehokkaampaa terahertsitaajuuksien ilmaisua

Siirry arkistoon »