Rappresentazione grafica della struttura cristallina del materiale TbMn6Sn6 a livello atomico. Qui gli atomi di Mn e Tb appaiono rispettivamente come palline blu e verdi. Le linee di collegamento vicino ai vicini rivelano i reticoli triangolari Mn Kagome e Tb. Il magnetismo presente su questo elemento è rappresentato da frecce poste su ogni singolo atomo. Le interazioni magnetiche che agiscono all'interno e tra i diversi piani atomici sono visualizzate tra parentesi quadre ed etichettate dalla lettera "J" con il pedice M e T usato per denotare gli elementi Mn o Tb che collegano. Credito:Laboratorio nazionale Ames del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti
Interazioni magnetiche scoperte di recente nel magnete topologico a strati di Kagome TbMn6 Sn6 potrebbe essere la chiave per personalizzare il modo in cui gli elettroni fluiscono attraverso questi materiali. Gli scienziati dell'Ames National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e dell'Oak Ridge National Laboratory hanno condotto un'indagine approfondita su TbMn6 Sn6 per comprendere meglio il materiale e le sue caratteristiche magnetiche. Questi risultati potrebbero avere un impatto sui futuri progressi tecnologici in campi come l'informatica quantistica, i supporti di memorizzazione magnetici e i sensori ad alta precisione.
I kagome sono un tipo di materiale la cui struttura prende il nome da una tecnica tradizionale giapponese di tessitura dei cesti. La trama produce un motivo di esagoni circondati da triangoli e viceversa. La disposizione degli atomi nei metalli Kagome riproduce lo schema di tessitura. Questa caratteristica fa sì che gli elettroni all'interno del materiale si comportino in modi unici.
I materiali solidi hanno proprietà elettroniche controllate dalle caratteristiche della loro struttura a banda elettronica. La struttura delle bande dipende fortemente dalla geometria del reticolo atomico e talvolta le bande possono mostrare forme speciali come i coni. Queste forme speciali, chiamate caratteristiche topologiche, sono responsabili del modo unico in cui gli elettroni si comportano in questi materiali. La struttura Kagome in particolare porta a caratteristiche complesse e potenzialmente sintonizzabili nelle bande elettroniche.
Usare atomi magnetici per costruire il reticolo di questi materiali, come Mn in TbMn6 Sn6 , può aiutare ulteriormente a indurre caratteristiche topologiche. Rob McQueeney, uno scienziato dell'Ames Lab e leader del progetto, ha spiegato che i materiali topologici "hanno una proprietà speciale per cui sotto l'influenza del magnetismo si possono ottenere correnti che scorrono sul bordo del materiale, che sono senza dissipazione, il che significa che il gli elettroni non si disperdono e non dissipano energia."
Il team ha deciso di comprendere meglio il magnetismo in TbMn6 Sn6 e utilizzato calcoli e dati sulla dispersione dei neutroni raccolti dalla sorgente di neutroni di spallazione di Oak Ridge per condurre la loro analisi. Simon Riberoles, un ricercatore post-dottorato associato presso Ames Lab e membro del team del progetto, ha spiegato la tecnica sperimentale utilizzata dal team. La tecnica prevede un raggio di particelle di neutroni che viene utilizzato per testare quanto sia rigido l'ordine magnetico. "La natura e la forza delle diverse interazioni magnetiche presenti nei materiali possono essere mappate utilizzando questa tecnica", ha affermato.
Hanno scoperto che TbMn6 Sn6 ha interazioni in competizione tra gli strati, o ciò che viene chiamato magnetismo frustrato. "Quindi il sistema deve scendere a un compromesso", ha detto McQueeney, "Di solito ciò significa che se ci prendi in giro, puoi convincerlo a fare cose diverse. Ma quello che abbiamo scoperto in questo materiale è che anche se quelli in competizione le interazioni ci sono, ci sono altre interazioni che sono dominanti."
Questa è la prima indagine dettagliata sulle proprietà magnetiche di TbMn6 Sn6 da pubblicare. "Nella ricerca, è sempre emozionante quando capisci di capire qualcosa di nuovo, o di misurare qualcosa che non è stato visto prima, o che è stato compreso in parte o in modo diverso", ha detto Riberoles.
McQueeney e Riberrolles hanno spiegato che le loro scoperte suggeriscono che il materiale potrebbe potenzialmente essere regolato per specifiche caratteristiche magnetiche, ad esempio cambiando la Tb per un diverso elemento di terre rare, che cambierebbe il magnetismo del composto. Questa ricerca fondamentale apre la strada a continui progressi nella scoperta dei metalli di Kagome.
Questa ricerca è ulteriormente discussa nel documento pubblicato in Physical Review X . + Esplora ulteriormente
