Lebing Chen, estudiante de posgrado de la Universidad de Rice, utilizó un horno de alta temperatura para fabricar cristales de triyoduro de cromo que produjeron los materiales 2D para experimentos en la fuente de neutrones de espalación del Laboratorio Nacional Oak Ridge. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Los físicos del arroz han confirmado los orígenes topológicos de los magnones, características magnéticas que descubrieron hace tres años en un material 2D que podrían resultar útiles para codificar información en los espines de los electrones.
El descubrimiento, descrito en un estudio publicado en línea esta semana en la revista American Physical Society Revisión física X , proporciona una nueva comprensión de las excitaciones de espín impulsadas por la topología en materiales conocidos como imanes 2D de van der Waals. Los materiales son de creciente interés para la espintrónica, un movimiento en la comunidad de la electrónica de estado sólido hacia tecnologías que utilizan espines de electrones para codificar información para la computación, almacenamiento y comunicaciones.
El giro es una característica intrínseca de los objetos cuánticos y los giros de los electrones desempeñan un papel clave en el magnetismo.
El físico de arroz Pengcheng Dai, coautor correspondiente de la Revisión física X estudio, dichos experimentos inelásticos de dispersión de neutrones en el material 2D triodo de cromo confirmaron el origen de la naturaleza topológica de las excitaciones de espín, llamados magnones, que su grupo y otros descubrieron en el material en 2018.
Los últimos experimentos del grupo en la fuente de neutrones de espalación del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) mostraron que "el acoplamiento espín-órbita induce interacciones asimétricas entre espines" de electrones en triyodo de cromo. Dijo Dai. "Como resultado, los espines de los electrones sienten el campo magnético de los núcleos en movimiento de manera diferente, y esto afecta sus excitaciones topológicas ".
El estudiante de posgrado Lebing Chen muestra cristales de triyoduro de cromo que hizo en un laboratorio de la Universidad de Rice. Las capas apiladas de triyoduro de cromo 2D atómicamente delgadas tienen propiedades electrónicas y magnéticas inusuales que podrían resultar útiles para las tecnologías que codifican información en los espines de los electrones. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
En materiales de van der Waals, capas 2D atómicamente delgadas se apilan como páginas de un libro. Los átomos dentro de las capas están estrechamente unidos, pero los lazos entre capas son débiles. Los materiales son útiles para explorar comportamientos electrónicos y magnéticos inusuales. Por ejemplo, una sola hoja 2D de triyodo de cromo tiene el mismo tipo de orden magnético que hace que las calcomanías magnéticas se adhieran a un refrigerador de metal. Las pilas de tres o más capas 2D también tienen ese orden magnético, que la física llama ferromagnético. Pero dos hojas apiladas de triyodo de cromo tienen un orden opuesto llamado antiferromagnético.
Ese extraño comportamiento llevó a Dai y sus colegas a estudiar el material. Lebing Chen, estudiante graduada de Rice, el autor principal de esta semana Revisión física X estudio y del estudio de 2018 en la misma revista, desarrolló métodos para fabricar y alinear láminas de triyoduro de cromo para experimentos en ORNL. Al bombardear estas muestras con neutrones y medir las excitaciones de espín resultantes con espectrometría de tiempo de vuelo de neutrones, Chen, Dai y sus colegas pueden discernir características y comportamientos desconocidos del material.
En su estudio anterior, Los investigadores demostraron que el triyodo de cromo crea su propio campo magnético gracias a magnones que se mueven tan rápido que se sienten como si se estuvieran moviendo sin resistencia. Dai dijo que el último estudio explica por qué una pila de dos capas bidimensionales de triyoduro de cromo tiene un orden antiferromagnético.
"Encontramos evidencia de un orden magnético dependiente del apilamiento en el material, "Dijo Dai. Descubrir los orígenes y las características clave del estado es importante porque podría existir en otros imanes 2D de van der Waals.
Otros coautores incluyen a Bin Gao de Rice, Jae-Ho Chung de la Universidad de Corea, Matthew Stone, Alexander Kolesnikov, Barry Winn, Ovidiu Garlea y Douglas Abernathy de ORNL, y Mathias Augustin y Elton Santos de la Universidad de Edimburgo.
