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三角形钒净(紫色球)与磁矩(turqouise箭头)和反常霍耳效应(红球是电子和蓝色是空穴)从狄拉克准粒子的示意图(狄拉克空竹示出左侧)。微结构物理信贷MPI
三角形钒净(紫色球)与磁矩(turqouise箭头)和反常霍耳效应(红球是电子和蓝色是空穴)从狄拉克准粒子的示意图(狄拉克空竹示出左侧)。微结构物理信贷MPI

抽象:
凝聚态物理和材料科学领域的紧密联系,因为新物理学与原子的特殊安排材料经常发现。晶体,其具有的原子在空间的重复单元,可以具有导致异乎寻常物理性质特殊图案。特别令人振奋的是哪台主机多种异国情调的属性,因为他们给科学家们有机会学习与如何相互作用的性质和相互影响的材料。该组合可以产生意想不到的现象和燃料多年的基础和技术研究。

当狄拉克遇到挫折磁

德国哈雷|发表于2020年8月3日

在发表在科学的最新研究进展,本周,来自美国,哥伦比亚,捷克,英格兰的科学家组成的国际团队,在微结构物理在德国马克斯普朗克研究所的博士马兹哈尔N.阿里的带领下,已经表明,一种新材料,KV3Sb5,有一个从来没有见过的,之前的性能组合的结果在观察有史以来最大的反常霍尔效应(AHEs)一个;每厘米15500西门子在2开尔文。

发现了合着者Tyrel McQueen的教授约翰·霍普金斯大学的实验室,联合收割机KV3Sb5四个属性为一种材料:狄拉克物理,金属受挫磁,2D exfoliability(如石墨烯),和化学稳定性。

狄拉克物理学,在此背景下,涉及到的事实,KV3Sb5电子不只是你的正常运行的设施,工厂电子;他们用非常低的有效质量非常快速移动。这意味着,他们的行为是“光状”;它们的速度正在成为堪比光速,他们都表现得好像他们只有他们应该有质量的一小部分。这导致材料是高金属和石墨烯中的大约15年前第一次显示。

该“沮丧磁”出现时,在材料的磁矩(想象一下小磁铁棒,其尝试当你把它们放在一起把对方和排队北至南)被安排在特殊的几何形状,如三角形网。这种情况可能使它难以磁棒以使它们都相互抵消和稳定排队。出现此性能的材料是罕见的,尤其是金属的。最失意的永磁材料是电绝缘体,这意味着他们的电子是不动的。“金属受挫磁体具有几十年后,一直备受追捧。他们已经预测房子非常规超导,马约拉纳费米子,是量子计算更多的,有用的,”评论阿里博士。

在结构上,KV3Sb5具有2D,层状结构,其中三角形的钒和锑层松散地钾的层的顶部上叠加。这让笔者简单地同时使用胶带剥离几层(又称片)。“这是非常重要的,因为它允许我们使用电子束光刻(如它是用来制造计算机芯片的光刻技术,但使用电子而不是光子)辨认出片的小型设备和测量性能,人们可以”Ť容易地测量在散装“。说主要作者硕荥阳,从微观物理学的马克斯普朗克研究所。“我们很高兴地发现,雪花又相当稳定的制造工艺,这使得它相对容易地工作,并探讨很多属性”。

具有这种性质的组合武装,该团队首先选择了寻找在材料的反常霍尔效应(AHE)。这种现象是其中的材料的电子与所施加的电场(但没有磁场)可以通过90度通过多种机制获得偏转。“它一直推测,与三角形的自旋排列的金属可能拥有一个显著外在的影响,所以这是一个良好的开端,指出:”杨。利用角分辨光电子能谱,微型制造和低温电子性能的测量系统,硕颖和共同第一作者姚家王(微结构物理马克斯普朗克研究所)能够观察到的AHE所见过的最大的一个。

该AHE可分为两大类:内在和外在。“的内在机理是一样,如果一个足球运动员通过弯曲球,或电子,周围的一些捍卫者(没有它与他们碰撞)发了一通自己的队友,”阿里解释说。“外在就像球反弹后卫,或磁散射中心,并且所述碰撞后要一边。许多外在为主材料具有维护者的随机排列的字段,或磁散射中心在整个晶体随机稀释。KV3Sb5是因为它有布置成三角形网3个电磁散射中心组特殊的。在这种情况下,球散射掉防守球员,而不是单一的一个集群,而更可能去侧比,如果只是一个在路上“。这基本上是其通过在该材料中的作者证明了理论化旋簇歪斜散射AHE机制。“不过与传入球击中集群的条件似乎无关紧要,你还是我踢球是不一样的如果说,克里斯蒂亚诺·罗纳尔多踢了球,补充说:”阿里。“当罗纳尔多踢它,它速度更快,反弹的集群带一路行驶途中更速度,移动到侧面相比,随便一个普通人踢了它更快。这是严格意义上的狄拉克的区别准粒子(罗纳尔多)在这个物质与正常电子(普通人),并涉及到为什么我们看到这么大的AHE”阿里笑着解释道。

这些结果也可以帮助科学家确定的配料,这种组合的其他材料。“重要的是,有关这一AHE同一物理也可以驱动一个非常大的自旋霍尔效应(SHE) - 在那里,而不是产生正交充电电流,会产生正交自旋流,”王说。“这是基于电子的自旋而非其电荷下一代计算技术的重要”。

“这对我们来说是一个新的平台材质:金属狄拉克物理,失意的磁性,剥落,化学性质稳定都在一个有很多机会去探索的乐趣,怪异的现象,就像非常规超导和更多的,”阿里说,激动。

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联系方式:
马兹哈尔N.阿里博士

物理微观版权所有©马克斯普朗克研究所

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