Jülich-onderzoekers hebben voor het eerst een exotische elektronische toestand, de zogenaamde Fermi Arcs, kunnen aantonen in een 2D-materiaal. De verrassende verschijning van Fermi-bogen in een dergelijk materiaal legt een verband tussen nieuwe kwantummaterialen en hun respectievelijke potentiële toepassingen in een nieuwe generatie spintronica en kwantumcomputers. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Nature Communications .

De nieuw gedetecteerde Fermi-bogen vertegenwoordigen speciale - boogachtige - afwijkingen van het zogenaamde Fermi-oppervlak. Het Fermi-oppervlak wordt gebruikt in de fysica van de gecondenseerde materie om de momentumverdeling van elektronen in een metaal te beschrijven. Normaal gesproken vertegenwoordigen deze Fermi-oppervlakken gesloten oppervlakken. Uitzonderingen zoals de Fermi-bogen zijn zeer zeldzaam en worden vaak geassocieerd met exotische eigenschappen zoals supergeleiding, negatieve magnetoweerstand en afwijkende kwantumtransporteffecten.

De technologische uitdaging van vandaag is om de "on-demand" controle van fysieke eigenschappen in materialen te ontwikkelen. Dergelijke experimentele tests zijn echter grotendeels beperkt tot bulkmaterialen en zijn belangrijke grote uitdagingen in de wetenschap van gecondenseerde materie. Met zijn baanbrekende paradigma vormen de bevindingen een veelbelovende nieuwe grens voor kwantumcontrole van topologische toestanden in laagdimensionale systemen door externe middelen - het externe magnetische veld dat ongekende mogelijkheden biedt op 2D-materialen voor kunstmatige intelligentie en toekomstige informatieverwerking.

Het geanalyseerde materiaal is een zogenaamd topologisch 2D-materiaal. Topologische materialen hebben bijzondere eigenschappen die ontstaan ​​door interacties van de elektronen met de kristalstructuur en zijn beschermd tegen storende invloeden. 2D-materialen daarentegen zijn materialen die slechts uit één laag atomen of moleculen bestaan ​​en vanwege hun ongebruikelijke eigenschappen intensief worden onderzocht. Een bekend voorbeeld is grafeen, dat bestaat uit enkellaags koolstof.

Grafeen vertoont exotische fysieke eigenschappen in vergelijking met zijn bulktegenhanger. Het materiaal dat in het artikel wordt genoemd, is een 2D-ijzeren atomaire laag. In vergelijking met grafeen zijn deze 2D-hybride magneten een klasse van materialen die extra opkomende verschijnselen in de enkellaagse limiet onthullen. Het kan bijvoorbeeld leiden tot mogelijke toepassingen van de chirale anomalie in apparaten en een nieuw onderzoeksgebied openen op het gebied van sterk gecorreleerde topologische materialen.

Voor het werk voerden de onderzoekers experimenten uit in de Elettra Synchrotron in Triëst, Italië. Daar exploiteert een internationaal consortium onder leiding van Forschungszentrum Jülich de spin-oplossende Momentum-microscoop op de NanoESCA-bundellijn. + Verder verkennen

Wetenschappers ontwerpen en synthetiseren een nieuwe gelaagde, luchtstabiele topologische kristallijne isolatorkandidaat