Kagome metalowe

Kagome metalowe
Identyfikatory
Model 3D ( JSmol )
Identyfikator klienta PubChem
  • InChI=1S/3Fe.2Sn
    Klucz: CQCUKVSIWYDQMI-UHFFFAOYSA-N
  • [Fe].[Fe].[Fe].[Sn].[Sn]
Nieruchomości
Fe 3 Sn 2
Masa cząsteczkowa 404,955 g·mol -1
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).

Metal Kagome to ferromagnetyczny materiał kwantowy, który został po raz pierwszy użyty w literaturze w 2011 roku dla związku Fe 3 Sn 2 . Materiał ten powstawał jednak przez kilkadziesiąt lat. W tym materiale atomy metalu układają się w siatkę przypominającą japoński kagome . Ten sam materiał jest również określany jako „magnes kagome” od 2018 r. Metal Kagome (lub magnesy) odnosi się do nowej klasy magnetycznych materiałów kwantowych zawierających sieć kagome i topologiczną strukturę pasmową. Obejmują one materiały 3-1 (przykład: antyferromagnes Mn 3 Sn ), materiały 1-1 (przykład: paramagnes CoSn ), materiały 1-6-6 (przykład: ferrimagnes TbMn 6 Sn 6 ), materiały 3-2-2 (przykład: twardy ferromagnes Co 3 Sn 2 S 2 ) i 3-2 materiały (przykład: miękki ferromagnes Fe 3 Sn 2 ), demonstrując w ten sposób różnorodność struktur krystalicznych i magnetycznych. Na ogół są one wyposażone w trójwymiarową siatkę magnetyczną kagome opartą na metalu przejściowym o stałej sieci w płaszczyźnie ~ 5,5 Å. Ich trójwymiarowe elektrony dominują w niskoenergetycznej strukturze elektronowej tych materiałów kwantowych, wykazując w ten sposób korelację elektronową. Co najważniejsze, elektrony sieci kagome generalnie mają skrzyżowania pasm Diraca i pasmo płaskie, które są źródłem nietrywialnej topologii pasm. Ponadto wszystkie zawierają ciężki pierwiastek Sn , co może zapewnić silne sprzężenie spin-orbita z systemem. Dlatego jest to idealny system do badania bogatej interakcji między geometrią, korelacją i topologią.

W strukturze Kagome atomy są ułożone w warstwowe zestawy nakładających się trójkątów, tak że istnieją duże puste sześciokątne przestrzenie. Elektrony w metalu doświadczają „trójwymiarowego kuzyna kwantowego efektu Halla ”. Nieodłączny magnetyzm metalu i magnetyzm kwantowo-mechaniczny powodują przepływ elektronów wokół krawędzi trójkątnych kryształów, podobnie jak nadprzewodnictwo . W przeciwieństwie do nadprzewodnictwa ta struktura i zachowanie jest stabilne w temperaturze pokojowej. Wykazano, że inne struktury wykazują efekt hali kwantowej w bardzo niskich temperaturach przy zewnętrznym polu magnetycznym nawet milion razy większym od ziemskiego. Budując metal z materiału ferromagnetycznego, zewnętrzne pole magnetyczne nie było już potrzebne, a kwantowy efekt Halla utrzymuje się w temperaturze pokojowej.

Stop Kagome Fe 3 Sn 2 wykazywał kilka egzotycznych zachowań kwantowo-elektronicznych, które uzupełniają jego kwantową topologię . Sieć zawiera masywne fermiony Diraca, krzywiznę Berry'ego, przerwy wzbronione i orbitę spinową aktywność, z których wszystkie sprzyjają efektowi Halla i prądom elektrycznym o zerowej utracie energii. Zachowania te są obiecujące dla rozwoju technologii obliczeń kwantowych, nadprzewodników spinowych i elektroniki małej mocy. Od 2019 roku eksperymentowano z większą liczbą materiałów Kagome o podobnej topologii, na przykład z domieszkowanymi magnetycznie Weyl-Semimetals Co 2 MnGa i Co 3 Sn 2 S 2 . Nowa klasa metali Kagome AV3Sb5 (A = Cs, Rb, K) została również odkryta w 2019 roku, przy czym stwierdzono, że CsV3Sb5 posiada wiele egzotycznych właściwości, w tym nadprzewodnictwo, stany topologiczne i inne egzotyczne zjawiska.

Rozwój

Eksperyment z marca 2018 r

Eksperyment opublikowany w Nature był prowadzony przez Lindę Ye i Mingu Kang z Wydziału Fizyki Massachusetts Institute of Technology. Pozostali badacze opublikowani w artykule to: Junwei Liu (MIT), Felix von Cube (Harvard), Christina R. Wicker (MIT), Takehito Suzuki (MIT), Chris Jozwiak (Berkeley Labs), Aaron Bostwick (Berkeley Labs), Eli Rotenberg (Berkeley Labs), David C. Bell (Harvard), Liang Fu (MIT), Riccardo Comin (MIT) i Joseph G. Checkelsky (MIT).

Zespół skonstruował siatkę Kagome przy użyciu stopu żelaza i cyny Fe 3 Sn 2 . Kiedy Fe 3 Sn 2 jest podgrzewany do około 750 ℃ ​​(1380 ° F), stop naturalnie przyjmuje strukturę sieciową Kagome. Aby utrzymać tę strukturę w temperaturze pokojowej, zespół schłodził ją w łaźni lodowej. Powstała struktura miała atomy żelaza w rogach każdego trójkąta otaczającego atomy cyny, atomy cyny stabilizujące dużą pustą sześciokątną przestrzeń.

Fotoelektroniczna struktura tego metalu została zmapowana na liniach 7.0.2 MAESTRO i 4.0.3 MERLIN w Lawrence Berkeley National Lab's Advanced Light Source . Pomiary wykonane tutaj odwzorowywały struktury pasmowe metalu pod prądem i wykazały „strukturę podwójnego stożka Diraca odpowiadającą fermionom Diraca”. Pokazano przerwę 30 meV między czopkami, co wskazuje na efekt Halla i masywne fermiony Diraca.

Eksperyment został opublikowany w Nature 19 marca 2018 r.

Rozszerzenia dotyczące eksperymentu z 2018 roku

Linda Ye i reszta zespołu MIT kontynuowali pracę z metalem kagome, badając więcej właściwości Fe 3 Sn 2 i innych stopów żelazo-cyna. Zgodnie z artykułem opublikowanym przez zespół 25 października 2019 r. w Nature Communications , wykazano, że sieć wykazuje sprzężenie spin-orbita, oscylacje de Haasa van Alphena i powierzchnie Fermiego. Zespół kontynuował również modyfikację struktury metalu, aw artykule opublikowanym w Nature Materials 9 grudnia 2019 r. odkryli, że FeSn w stosunku 1 do 1 wykazywały bardziej „idealną” siatkę. Dwuwymiarowe warstwy z żelazem i cyną w kształcie kagome zostały oddzielone warstwą całkowicie cyny, dzięki czemu miały oddzielne struktury pasmowe. Struktura ta wykazała zarówno masywne fermiony Diraca, jak i struktury pasm elektronowych, w których nie występują elektrony.

Aplikacja spintronic

Skyrmion magnetyczny

Magnetyczne bąbelki skyrmionic zostały znalezione w metalach Kagome w szerokim zakresie temperatur. Na przykład zaobserwowano je w Fe 3 Sn 2 przy ~200-600 K przy użyciu LTEM, ale z wysokim polem krytycznym ~0,8 T.

Niedawne badania wykazały, że łamiąc symetrię geometryczną (taką jak grubość), skyrmion magnetyczny w Fe 3 Sn 2 może zostać zarodkowany przez zmieniające się pola w płaszczyźnie w zakresie 5-10 mT.

Zobacz też

Dalsza lektura

  •    Tak, Lindo; Kang, Mingu; Liu, Junwei; von Cube, Feliks; Wiklina, Christina R.; Suzukiego, Takehito; Józwiak, Chris; Bostwick, Aaron; Rotenberg, Eli; Bell, David C.; Fu, Liang; Comin, Riccardo; Checkelsky, Joseph G. (19 marca 2018), „Masywne fermiony Diraca w ferromagnetycznym metalu kagome” , Nature , 555 (7698): 638–642, arXiv : 1709.10007 , Bibcode : 2018Natur.555..638Y , doi : 10.1038/ natura25987 , PMID 29555992 , S2CID 4470420
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Kagome_metal&oldid=1138857484 ”