En el panorama en constante evolución de la física de la materia condensada, ha surgido un avance reciente gracias a los esfuerzos de colaboración de investigadores del Instituto Peter Grünberg (PGI-1), la École Polytechnique Fédérale de Lausanne, el Instituto Paul Scherrer en Suiza y el Centro Jülich para Ciencia de neutrones (JCNS).
Este trabajo sinérgico, impulsado por el trío Manuel dos Santos Dias, Nikolaos Biniskos y Flaviano dos Santos y liderado por Stefan Blügel, Thomas Brückel y Samir Lounis, ha profundizado en propiedades magnónicas inexploradas dentro del Mn5 Ge3 , un material ferromagnético tridimensional.
La topología, un concepto fundamental en la física contemporánea, ya ha desempeñado un papel transformador en la comprensión de los electrones en los sólidos. Desde los efectos Hall cuánticos hasta los aislantes topológicos, la influencia de la topología es de gran alcance. En este contexto, la atención se ha desplazado hacia los magnones (precesión colectiva de momentos magnéticos) como posibles portadores de efectos topológicos. Los magnones, al ser bosones, pueden exhibir fenómenos únicos similares a sus contrapartes fermiónicas.
El equipo de investigación tenía como objetivo explorar las propiedades magnónicas del Mn5 Ge3 , un ferroimán centrosimétrico 3D. Mediante una combinación de cálculos de la teoría funcional de la densidad, simulaciones de modelos de espín y experimentos de dispersión de neutrones, desentrañaron la inusual estructura de bandas magnónicas del material.
La revelación central fue la existencia de magnones de Dirac con una brecha de energía, un fenómeno atribuido a las interacciones Dzyaloshinskii-Moriya. Esta interacción, identificada dentro del material, es responsable de crear una brecha en el espectro magnónico.
La capacidad de ajuste del espacio girando la dirección de magnetización utilizando un campo magnético aplicado caracteriza a Mn5 Ge3 como un material tridimensional con magnones de Dirac separados. Esta brecha, explicada teóricamente y demostrada experimentalmente, subrayó la naturaleza topológica del Mn5 Ge3 Los magnones.
Los hallazgos del equipo de investigación no solo contribuyen a la comprensión fundamental de los magnones topológicos sino que también destacan el Mn5 Ge3 como un posible punto de inflexión en el ámbito de los materiales magnéticos.
La intrincada interacción de factores revelada en Mn5 Ge3 abre nuevas vías para el diseño de materiales con propiedades magnéticas personalizadas. Como las propiedades magnéticas del material se pueden ajustar con precisión, la perspectiva de integrar estos magnones topológicos en conceptos de dispositivos novedosos para aplicaciones prácticas se vuelve cada vez más factible.
Mientras la comunidad científica continúa explorando las fronteras de la física de la materia condensada, este estudio marca un hito importante en el desentrañamiento de los misterios de los materiales magnéticos. Las implicaciones de la investigación no sólo amplían nuestra comprensión de los magnones, sino que también allanan el camino para aprovechar sus propiedades cuánticas únicas en tecnologías futuras.
Los hallazgos se publican en la revista Nature Communications. .
Más información: M. dos Santos Dias et al, Magones topológicos impulsados por la interacción Dzyaloshinskii-Moriya en el ferroimán centrosimétrico Mn5Ge3, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43042-3
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por Forschungszentrum Juelich
