La combinación de magnetismo y topología conduce a nuevas ciencias y aplicaciones en termoeléctrica, espintrónico, fotovoltaica computación cuántica, y otras tecnologías cuánticas Crédito:MPI CPfS
Imagine un mundo en el que la electricidad pudiera fluir a través de la red sin pérdidas o donde todos los datos del mundo pudieran almacenarse en la nube sin la necesidad de centrales eléctricas. Esto parece inimaginable, pero el camino hacia ese sueño se ha abierto con el descubrimiento de una nueva familia de materiales con propiedades mágicas.
Estos materiales, semimetales magnéticos de Weyl, son innatamente cuánticos, pero unen los dos mundos de la topología y la espintrónica. Los materiales topológicos exhiben propiedades extrañas, incluidos electrones ultrarrápidos que viajan sin pérdida de energía. Por otro lado, los materiales magnéticos son esenciales para nuestra vida cotidiana, desde imanes para automóviles eléctricos hasta dispositivos espintrónicos en todos los discos duros de las computadoras y en la nube. El concepto de un semimetálico Weyl magnético (WSM) estaba en el aire, pero el equipo de Claudia Felser acaba de darse cuenta de un material de la vida real. Director del MPI CPfS, Dresde, en dos compuestos muy diferentes:Co 2 MnGa y Co 3 Sn 2 S 2 .
Para encontrar estos materiales extraordinarios, El equipo de Felser examinó la base de datos de materiales y elaboró una lista de candidatos prometedores. La prueba de que estos materiales son WSM magnéticos se obtuvo a través de investigaciones de estructuras electrónicas de Co 2 MnGa y Co 3 Sn 2 S 2 . Científicos del grupo de Claudia Felser en el MPI CPfS y del equipo de Stuart Parkin en el MPI de Física de Microestructuras, Halle, en colaboración con el equipo de M. Zahid Hasan de Princeton, El equipo de Yulin Chen de la Universidad de Oxford, y el equipo de Haim Beidenkopf del Instituto de Ciencias Weizmann, han confirmado experimentalmente la existencia de fermiones Weyl magnéticos en estos dos materiales en estudios que fueron publicados en tres artículos en Ciencias hoy dia.
Por primera vez, utilizando experimentos de espectroscopia de fotoemisión de resolución angular (ARPES) y microscopio de efecto túnel de barrido (STM), Se observaron estados WSM rotos con simetría de inversión de tiempo, hecho posible por los monocristales de alta calidad cultivados en el MPI CPfS. "El descubrimiento de los WSM magnéticos es un gran paso hacia la realización de efectos cuánticos y espintrónicos de alta temperatura. Estos dos materiales, que son miembros de las familias altamente sintonizables Heusler y Shandite, respectivamente, son plataformas ideales para diversas aplicaciones futuras en tecnologías espintrónicas y magnetoópticas para el almacenamiento de datos, y procesamiento de información, así como aplicaciones en sistemas de conversión de energía, "dice Stuart Parkin, el Director Gerente del Instituto Max Planck de Física de Microestructuras, Halle.
Los estados topológicos magnéticos en Co 2 MnGa y Co 3 Sn 2 S 2 juegan un papel crucial en el origen de los efectos de transporte cuántico anómalos observados, debido a la fuerte curvatura Berry asociada con sus estados topológicos. Con líneas nodales de Weyl y estructuras de bandas de puntos nodales, Co 2 MnGa y Co 3 Sn 2 S 2 son los únicos dos ejemplos conocidos actualmente de materiales que albergan una gran conductividad Hall anómala y un ángulo Hall anómalo. "Nuestros materiales tienen las ventajas naturales de una temperatura de orden alta, estructura de banda topológica clara, baja densidad de portadores de carga, y fuerte respuesta electromagnética. El diseño de un material que exhibe un efecto Hall anómalo cuántico de alta temperatura (QAHE) a través del confinamiento cuántico de un WSM magnético, y su integración en dispositivos cuánticos es nuestro siguiente paso, "dice Claudia Felser.
El descubrimiento de los WSM magnéticos es un gran paso hacia la realización de un QAHE a temperatura ambiente y es la base de nuevos conceptos de conversión de energía. "Un efecto Hall cuántico anómalo permite el transporte sin disipación a través de estados de borde quirales que están polarizados de forma innata". se dio cuenta Yan Sun de inmediato. La realización del QAHE a temperatura ambiente sería revolucionaria al superar las limitaciones de muchas de las tecnologías actuales basadas en datos. que se ven afectados por una gran pérdida de potencia inducida por la dispersión de electrones. Esto allanaría el camino hacia una nueva generación de dispositivos electrónicos cuánticos y espintrónicos de bajo consumo energético.
