Wetenschap
Onderzoekers vinden dat een hoog magnetisch veld nieuwe intrinsieke ferromagnetische polaire metalen mogelijk maakt
Onderzoekers hebben een nieuw oxidemateriaal ontworpen, Ca3 Co3 O8 , door middel van atomaire precisiemanipulatie van gecorreleerde oxiden. Het toonde een opmerkelijke combinatie van eigenschappen aan:ferromagnetisme, polaire vervorming en metalliciteit, die polaire metalen in de schijnwerpers zet en aanzienlijke wetenschappelijke belangstelling wekt.
Deze prestatie is gepubliceerd in Nature Materials . Tot de samenwerking behoorden prof. Sheng Zhigao van het Hefei Institute of Physical Science (HFIPS) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS), het team van professor Yu Pu van de Tsinghua Universiteit en gebruikers van de Steady High Magnetic Field Facility (SHMFF) bij HFIPS.
In traditioneel begrip werden elektrische polarisatie en magnetische orde in materialen gezien als elkaar uitsluitend. Het concept van polaire metalen werd echter voorgesteld, wat suggereert dat deze materialen tegelijkertijd zowel elektrische polarisatie als metallische eigenschappen zouden kunnen vertonen.
Het integreren van ferromagnetisme in polaire metalen blijft een uitdaging, omdat het gaat om het verzoenen van de inherente tegenstelling tussen polarisatie, ferromagnetisme en metalliciteit binnen één enkel materiaal, wat een belangrijke wetenschappelijke hindernis vormt.
In deze studie onderzochten onderzoekers het gebruik van zuurstofveelvlakken om materiaaleigenschappen te controleren, wat leidde tot de creatie van een nieuw quasi-tweedimensionaal functioneel oxide genaamd Ca3 Co3 O8 . Dit materiaal combineert eigenschappen van de dubbellaagse Ruddlesden-Popper (RP)-structuur en brownmilleriet (BM)-structuur.
Ze gebruikten het niet-lineaire optische testsysteem van de SHMFF om significante polarisatieordening in Ca3 te bevestigen Co3 O8 . Ze ontdekten dat de verplaatsing van Co-ionen in de dubbellaagse CoO6-octaëder de belangrijkste bijdrage leverde aan de polariteit.
Door gebruik te maken van het watergekoelde magneetsysteem van de SHMFF voor het testen van elektrisch transport, observeerde het team ook een significant topologisch Hall-effect in het materiaal.
Deze resultaten bieden een ideaal materiaalplatform voor de verkenning van elektrische en magnetische gecorreleerde eigenschappen en bieden een nieuw perspectief voor het ontwerp van gecorreleerde oxiden.
Het robuuste topologische Hall-effect in dit materiaal bevordert niet alleen het begrip van magnetische materialen en interacties, maar biedt volgens het team ook potentieel voor fundamenteel onderzoek en toepassingsverkenning in de spintronica.