Nieuw ontdekte magnetische interacties in de Kagome gelaagde topologische magneet TbMn₆ Sn₆ zou de sleutel kunnen zijn om aan te passen hoe elektronen door deze materialen stromen. Wetenschappers van het Ames National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie en het Oak Ridge National Laboratory hebben een diepgaand onderzoek uitgevoerd naar TbMn₆ Sn₆ om het materiaal en zijn magnetische eigenschappen beter te begrijpen. Deze resultaten kunnen van invloed zijn op toekomstige technologische vooruitgang op gebieden zoals kwantumcomputers, magnetische opslagmedia en uiterst nauwkeurige sensoren.

Kagomes zijn een materiaalsoort waarvan de structuur is vernoemd naar een traditionele Japanse mandenvlechttechniek. Het weefsel produceert een patroon van zeshoeken omringd door driehoeken en vice versa. De rangschikking van de atomen in Kagome-metalen reproduceert het weefpatroon. Deze eigenschap zorgt ervoor dat elektronen in het materiaal zich op unieke manieren gedragen.

Vaste materialen hebben elektronische eigenschappen die worden bepaald door de kenmerken van hun elektronische bandstructuur. De bandstructuur is sterk afhankelijk van de geometrie van het atoomrooster en soms kunnen banden speciale vormen vertonen, zoals kegels. Deze speciale vormen, topologische kenmerken genoemd, zijn verantwoordelijk voor de unieke manier waarop elektronen zich in deze materialen gedragen. Vooral de Kagome-structuur leidt tot complexe en mogelijk afstembare functies in de elektronische banden.

Magnetische atomen gebruiken om het rooster van deze materialen te construeren, zoals Mn in TbMn₆ Sn₆ , kan verder helpen bij het induceren van topologische kenmerken. Rob McQueeney, een wetenschapper bij Ames Lab en de projectleider, legde uit dat topologische materialen "een speciale eigenschap hebben waarbij je onder invloed van magnetisme stromen kunt krijgen die aan de rand van het materiaal stromen, die dissipatieloos zijn, wat betekent dat de elektronen verstrooien niet, en ze dissiperen geen energie."

Het team wilde het magnetisme in TbMn₆ . beter begrijpen Sn₆ en gebruikten 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 de experimentele techniek uit die het team gebruikte. De techniek omvat een bundel neutronendeeltjes die wordt gebruikt om te testen hoe stijf de magnetische orde is. "De aard en sterkte van de verschillende magnetische interacties die in de materialen aanwezig zijn, kunnen allemaal in kaart worden gebracht met behulp van deze techniek", zei hij.

Ze ontdekten dat TbMn₆ Sn₆ heeft concurrerende interacties tussen de lagen, of wat gefrustreerd magnetisme wordt genoemd. "Dus het systeem moet een compromis sluiten," zei McQueeney, "meestal betekent dat dat als je erin prikt, je het verschillende dingen kunt laten doen. Maar wat we in dit materiaal ontdekten, is dat hoewel degenen die wedijveren interacties zijn er, er zijn andere interacties die dominant zijn."

Dit is het eerste gedetailleerde onderzoek naar de magnetische eigenschappen van TbMn₆ Sn₆ gepubliceerd worden. "In onderzoek is het altijd spannend als je erachter komt dat je iets nieuws begrijpt, of je meet iets dat nog niet eerder is gezien, of gedeeltelijk of op een andere manier is begrepen", zei Riberolles.

McQueeney en Riberolles legden uit dat hun bevindingen suggereren dat het materiaal mogelijk kan worden aangepast voor specifieke magnetische eigenschappen, bijvoorbeeld door de Tb te veranderen voor een ander zeldzaam aardelement, wat het magnetisme van de verbinding zou veranderen. Dit fundamentele onderzoek effent de weg voor verdere vooruitgang in de ontdekking van Kagome-metalen.

Dit onderzoek wordt verder besproken in het artikel gepubliceerd in Physical Review X . + Verder verkennen

Magnetisme gegenereerd in 2D organisch materiaal door sterachtige rangschikking van moleculen