(a) Archi di Fermi risolti per spin misurati in 2 ML Fe/W(110) sul lato sinistro e destro della mappa della quantità di moto. I colori indicano la componente di spin nel piano lungo la direzione x, che è ortogonale alla magnetizzazione del campione (b) Le frecce denotano la trama di spin teorica completa nello spazio della quantità di moto, rivelando una non linearità prominente per gli archi di Fermi (rosso) rispetto a gli stati interni (grigio). (c) Distribuzione della curvatura teorica dello spazio-impulso Berry di tutte le bande occupate in 2 ML Fe/W(110), attorno a una delle coppie di archi di Fermi. Credito:Ying-Jiun Chen et al, Comunicazioni sulla natura , https://doi.org/10.1038/s41467-022-32948-z (CC-BY)
I ricercatori di Jülich sono stati in grado di dimostrare per la prima volta uno stato elettronico esotico, i cosiddetti archi di Fermi, in un materiale 2D. L'aspetto sorprendente degli archi di Fermi in un tale materiale fornisce un collegamento tra i nuovi materiali quantistici e le rispettive potenziali applicazioni in una nuova generazione di spintronica e informatica quantistica. I risultati sono stati recentemente pubblicati su Nature Communications .
Gli archi di Fermi appena rilevati rappresentano deviazioni speciali, simili ad archi, dalla cosiddetta superficie di Fermi. La superficie di Fermi è usata nella fisica della materia condensata per descrivere la distribuzione della quantità di moto degli elettroni in un metallo. Normalmente, queste superfici di Fermi rappresentano superfici chiuse. Eccezioni come gli archi di Fermi sono molto rare e spesso sono associate a proprietà esotiche come la superconduttività, la magnetoresistenza negativa e gli effetti di trasporto quantistico anomalo.
La sfida tecnologica odierna è sviluppare il controllo "on-demand" delle proprietà fisiche dei materiali. Tuttavia, tali test sperimentali sono stati in gran parte limitati ai materiali sfusi e sono grandi sfide chiave nella scienza della materia condensata. Con il suo paradigma rivoluzionario, i risultati presentano una nuova frontiera promettente per il controllo quantistico degli stati topologici nei sistemi a bassa dimensione con mezzi esterni:il campo magnetico esterno che offre capacità senza precedenti sui materiali 2D per l'intelligenza artificiale e la futura elaborazione delle informazioni.
Il materiale analizzato è un cosiddetto materiale 2D topologico. I materiali topologici hanno proprietà speciali che derivano dalle interazioni degli elettroni con la struttura cristallina e sono protetti da influenze interferenti. I materiali 2D, d'altra parte, sono materiali costituiti da un solo strato di atomi o molecole e sono oggetto di ricerche approfondite a causa delle loro proprietà insolite. Un esempio ben noto è il grafene, che è costituito da carbonio a strato singolo.
Il grafene mostra proprietà fisiche esotiche rispetto alla sua controparte sfusa. Il materiale menzionato nel documento è uno strato atomico di ferro 2D. Se confrontati con il grafene, questi magneti ibridi 2D sono una classe di materiali che rivelano ulteriori fenomeni emergenti nel limite del singolo strato. Ad esempio, può portare a potenziali applicazioni dell'anomalia chirale nei dispositivi e aprire una nuova area di ricerca nel campo dei materiali topologici fortemente correlati.
Per il lavoro, i ricercatori hanno condotto esperimenti presso l'Elettra Synchrotron a Trieste, in Italia. Lì, un consorzio internazionale guidato da Forschungszentrum Jülich gestisce il microscopio Momentum a risoluzione di spin presso la linea di luce NanoESCA. + Esplora ulteriormente
