Newswise – فعل و انفعالات مغناطیسی تازه کشف شده در آهنربای توپولوژیکی لایه ای Kagome TbMn6رویا6 می تواند کلید سفارشی سازی نحوه جریان الکترون ها از طریق این مواد باشد. دانشمندان آزمایشگاه ملی ایمز در وزارت انرژی ایالات متحده و آزمایشگاه ملی اوک ریج مطالعه عمیقی روی TbMn انجام دادند.6رویا6 برای درک بهتر مواد و ویژگی های مغناطیسی آن. این نتایج ممکن است بر پیشرفت های فناوری آینده در زمینه هایی مانند محاسبات کوانتومیرسانه های ذخیره سازی مغناطیسی و سنسورهای با دقت بالا.
کاگوم ها نوعی ماده هستند که ساختار آن برگرفته از تکنیک سنتی سبدبافی ژاپنی است. بافندگی الگوی شش ضلعی ایجاد می کند که با مثلث احاطه شده اند و بالعکس. چینش اتم ها در فلزات کاگوم الگوی بافت را بازتولید می کند. این ویژگی باعث می شود که الکترون های موجود در ماده به شیوه ای منحصر به فرد رفتار کنند.
مواد جامد دارای خواص الکترونیکی هستند که توسط ویژگی های ساختار نوار الکترونیکی آنها کنترل می شود. ساختار نواری به شدت به هندسه شبکه اتمی وابسته است و گاهی اوقات نوارها می توانند اشکال خاصی مانند مخروط را نشان دهند. این اشکال خاص که ویژگی‌های توپولوژیکی نامیده می‌شوند، مسئول روش‌های منحصربه‌فرد الکترون‌ها در این مواد هستند. به طور خاص، ساختار Kagome منجر به ویژگی‌های پیچیده و بالقوه قابل تنظیم در باندهای الکترونیکی می‌شود.
استفاده از اتم های مغناطیسی برای ساخت شبکه این مواد، مانند منگنز در TbMn6Sn6، می تواند بیشتر به القای ویژگی های توپولوژیکی کمک کند. راب مک کوئینی، دانشمند آزمایشگاه ایمز و رهبر پروژه، توضیح داد که مواد توپولوژیکی «ویژگی خاصی دارند که در آن، تحت تأثیر مغناطیس، می‌توانید جریان‌هایی را دریافت کنید که در امتداد لبه مواد جریان می‌یابند که اتلاف ندارند، به این معنی که الکترون‌هایی که می‌دهند. انرژی را پراکنده یا هدر ندهید.”
این تیم به دنبال درک بهتر مغناطیس در TbMn6Sn6 بود و از محاسبات و داده های پراکندگی نوترون جمع آوری شده از منبع نوترونی Oak Ridge Spallation برای انجام تجزیه و تحلیل خود استفاده کرد. سیمون ریبرولز، یکی از همکاران تحقیقاتی در آزمایشگاه ایمز و یکی از اعضای تیم پروژه، تکنیک آزمایشی مورد استفاده تیم را توضیح داد. این تکنیک شامل پرتوی از ذرات نوترونی است که برای آزمایش میزان قوی بودن نظم مغناطیسی استفاده می شود. وی گفت: ماهیت و قدرت برهمکنش های مغناطیسی مختلف موجود در مواد را می توان با استفاده از این تکنیک ترسیم کرد.
آنها دریافتند که TbMn6Sn6 دارای فعل و انفعالات رقابتی بین لایه ها است، یا چیزی که مغناطیس سرخورده نامیده می شود. مک‌کوئینی گفت: «بنابراین سیستم باید معاوضه‌ای انجام دهد، معمولاً به این معنی است که اگر با آن مشکل داشته باشید، می‌توانید آن را مجبور به انجام کارهای مختلف کنید. اما آنچه در این مطالب یافتیم این است که اگرچه این تعاملات رقابتی وجود دارد، اما تعاملات دیگری نیز وجود دارد که غالب هستند.”
این اولین مطالعه دقیق منتشر شده از خواص مغناطیسی TbMn6Sn6 است. ریبرول گفت: «در تحقیقات، زمانی که متوجه می‌شوید چیز جدیدی را می‌فهمید یا چیزی را اندازه می‌گیرید که قبلاً دیده نشده است، یا به طور جزئی یا به روش دیگری درک شده است، همیشه هیجان‌انگیز است.
مک‌کوئینی و ریبرولز توضیح دادند که یافته‌های آنها نشان می‌دهد که این ماده می‌تواند به طور بالقوه برای ویژگی‌های مغناطیسی خاص تنظیم شود، به عنوان مثال با تغییر Tb برای یک عنصر خاکی کمیاب متفاوت، که می‌تواند مغناطیس ترکیب را تغییر دهد. این تحقیقات بنیادی راه را برای پیشرفت های مستمر در کشف فلزات در Kagome هموار می کند.
این تحقیق بیشتر در مقاله «مقیاس‌های انرژی مغناطیسی رقیب در دمای پایین در آهنربای توپولوژیکی TbMn6Sn6“، توسط SXM Riberolles، TJ Slade، DL Abernathy، GE Granroth، B. Li، Y. Lee، PC Canfield، BG Ueland، L. Ke، و RJ McQueeney. و منتشر شده در معاینه فیزیکی X.
آزمایشگاه ملی ایمز است وزارت انرژی آمریکا دفتر علوم یک آزمایشگاه ملی که توسط دانشگاه ایالتی آیووا اداره می شود. آزمایشگاه ایمز مواد، فناوری ها و راه حل های انرژی نوآورانه ایجاد می کند. ما از تخصص، توانایی های منحصر به فرد و همکاری بین رشته ای خود برای حل مشکلات جهانی استفاده می کنیم.
آزمایشگاه ملی ایمز توسط دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده پشتیبانی می شود. دفتر علوم بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر لطفا مراجعه کنید به https://energy.gov/science.
