新发现的磁相互作用可能导致操纵电子流的新方法

在原子水平上以图形方式表示TbMn6Sn6材料的晶体结构。在这里，Mn和Tb原子分别显示为蓝色和绿色球。连接邻近邻域的线显示 Mn Kagome 和 Tb 三角形晶格。该元素上存在的磁性由位于每个原子上的箭头表示。作用于不同原子平面内部和内部的磁相互作用由方括号显示，并用字母“J”标记，下标M和T用于表示它们所连接的Mn或Tb元素。图片来源：美国能源部艾姆斯国家实验室

新发现的可果美层状拓扑磁体TbMn中的磁相互作用6锡6可能是定制电子如何流经这些材料的关键。来自美国能源部艾姆斯国家实验室和橡树岭国家实验室的科学家对TbMn进行了深入调查。6锡6以更好地了解材料及其磁性特性。这些结果可能会影响量子计算、磁存储介质和高精度传感器等领域的未来技术进步。

Kagomes是一种材料，其结构以传统的日本篮子编织技术命名。编织产生被三角形包围的六边形图案，反之亦然。可果美金属中原子的排列再现了编织图案。这种特性导致材料中的电子以独特的方式表现。

固体材料的电子特性受其电子能带结构特性的控制。能带结构强烈依赖于原子晶格的几何形状，有时能带可能显示特殊形状，如圆锥体。这些特殊的形状，称为拓扑特征，负责电子在这些材料中的独特行为方式。特别是可果美结构导致电子波段中复杂且可能可调的特征。

使用磁性原子构建这些材料的晶格，例如TbMn中的Mn6锡6，可以进一步帮助诱导拓扑特征。埃姆斯实验室（Ames Lab）的科学家、项目负责人Rob McQueeney解释说，拓扑材料“具有一种特殊的特性，在磁性的影响下，你可以获得流在材料边缘的电流，这些电流是无耗散的，这意味着电子不会散射，也不会耗散能量。

该团队着手更好地了解TbMn中的磁性6锡6并使用从橡树岭散裂中子源收集的计算和中子散射数据进行分析。Ames Lab的博士后研究助理，项目团队成员Simon Riberolles解释了该团队使用的实验技术。该技术涉及一束中子粒子，用于测试磁性顺序的刚性。“材料中存在的不同磁相互作用的性质和强度都可以使用这种技术来绘制出来，”他说。

他们发现TbMn6锡6层与层之间有相互竞争的相互作用，或者所谓的受挫磁性。“所以系统必须做出妥协，”麦奎尼说，“通常这意味着，如果你戳它，你可以让它做不同的事情。但我们在这份材料中发现的是，即使存在这些相互竞争的相互作用，还有其他相互作用占主导地位。

这是对TbMn磁性的首次详细研究6锡6待发布。“在研究中，当你发现你理解了新的东西，或者你测量了以前从未见过的东西，或者被部分或以不同的方式理解的东西时，总是令人兴奋的，”Riberolles说。

McQueeney和Riberolles解释说，他们的发现表明，这种材料可能会根据特定的磁性特性进行调整，例如通过改变不同稀土元素的Tb，这将改变化合物的磁性。这项基础研究为可果美金属发现的持续进展铺平了道路。

这项研究在发表在《物理评论X》上的论文中有进一步的讨论。

更多信息： S. X. M. Riberolles等人， 拓扑铁磁体TbMn6Sn6中的低温竞争磁能尺度， 物理评论X （2022）.DOI： 10.1103/PhysRevX.12.021043

期刊信息：物理评论X