( a ) Arcos de Fermi resueltos por espín medidos en 2 ML Fe / W (110) en el lado izquierdo y derecho del mapa de impulso. Los colores indican el componente de espín en el plano a lo largo de la dirección x, que es ortogonal a la magnetización de muestra (b) Las flechas indican la textura de espín teórica completa en el espacio de momento, lo que revela una no colinealidad prominente para los arcos de Fermi (rojo) en comparación con los estados interiores (gris). (c) Distribución de la curvatura de Berry espacio-momento teórica de todas las bandas ocupadas en 2 MLs Fe/W(110), alrededor de uno de los pares de arcos de Fermi. Crédito:Ying-Jiun Chen et al, Nature Communications , https://doi.org/10.1038/s41467-022-32948-z (CC-BY)
Los investigadores de Jülich han podido demostrar un estado electrónico exótico, los llamados arcos de Fermi, por primera vez en un material 2D. La sorprendente aparición de los arcos de Fermi en dicho material proporciona un vínculo entre los nuevos materiales cuánticos y sus respectivas aplicaciones potenciales en una nueva generación de espintrónica y computación cuántica. Los resultados se han publicado recientemente en Nature Communications .
Los arcos de Fermi recién detectados representan desviaciones especiales, similares a arcos, de la llamada superficie de Fermi. La superficie de Fermi se utiliza en la física de la materia condensada para describir la distribución del momento de los electrones en un metal. Normalmente, estas superficies de Fermi representan superficies cerradas. Las excepciones, como los arcos de Fermi, son muy raras y, a menudo, se asocian con propiedades exóticas como la superconductividad, la magnetorresistencia negativa y los efectos anómalos del transporte cuántico.
El desafío tecnológico actual es desarrollar el control "bajo demanda" de las propiedades físicas de los materiales. Sin embargo, tales pruebas experimentales se han limitado en gran medida a materiales a granel y son grandes desafíos clave en la ciencia de la materia condensada. Con su paradigma innovador, los hallazgos presentan una nueva frontera prometedora para el control cuántico de estados topológicos en sistemas de baja dimensión por medios externos:el campo magnético externo que ofrece capacidades sin precedentes en materiales 2D para inteligencia artificial y procesamiento de información futura.
El material analizado es el llamado material 2D topológico. Los materiales topológicos tienen propiedades especiales que surgen debido a las interacciones de los electrones con la estructura cristalina y están protegidos contra las influencias que interfieren. Los materiales 2D, por otro lado, son materiales que consisten en una sola capa de átomos o moléculas y están siendo intensamente investigados debido a sus propiedades inusuales. Un ejemplo bien conocido es el grafeno, que consiste en una sola capa de carbono.
El grafeno exhibe propiedades físicas exóticas en comparación con su contraparte a granel. El material mencionado en el documento es una capa atómica de hierro 2D. En comparación con el grafeno, estos imanes híbridos 2D son una clase de materiales que revelan fenómenos emergentes adicionales en el límite de una sola capa. Por ejemplo, puede conducir a aplicaciones potenciales de la anomalía quiral en dispositivos y abrir una nueva área de investigación en el campo de los materiales topológicos fuertemente correlacionados.
Para el trabajo, los investigadores realizaron experimentos en el Sincrotrón Elettra en Trieste, Italia. Allí, un consorcio internacional liderado por Forschungszentrum Jülich opera el microscopio Momentum de resolución de espín en la línea de luz NanoESCA. Los científicos diseñan y sintetizan un nuevo candidato a aislante cristalino topológico estable en el aire en capas
