Альтермагнетики: как управлять электронами с помощью квантовой геометрии?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Мир магнетизма, казалось бы, хорошо изучен: ферромагнетики, притягивающиеся к магниту, и антиферромагнетики, практически не реагирующие на его воздействие. Но наука не стоит на месте, и недавно исследователи открыли новый класс магнитных материалов — альтермагнетики. Их необычные свойства интригуют ученых и открывают захватывающие перспективы в электронике и спинтронике.

Что же такого особенного в этих материалах? Секрет кроется в уникальном поведении спина электронов. В отличие от ферро- и антиферромагнетиков, где спины электронов упорядочены определенным образом, в альтермагнетиках спин зависит от импульса электрона. Эта зависимость порождает необычный тип магнетизма, открывающий путь к созданию принципиально новых устройств.

Альтермагнетизм, вольная интерпретация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Но не только практическое применение привлекает внимание ученых. Альтермагнетики стали ключом к пониманию сложных квантовых явлений, в частности, влияния квантовой геометрии на свойства материалов. Представьте себе электрон, движущийся в кристаллической решетке. Его движение можно описать не только траекторией, но и абстрактным пространством, геометрия которого определяется квантовыми свойствами материала. Эта геометрия, описываемая такими понятиями, как кривизна Берри и квантовая метрика, непосредственно влияет на отклик материала на внешние воздействия, например, электрическое поле.

В антиферромагнетиках, обладающих PT-симметрией (комбинацией симметрий чётности и обращения времени), кривизна Берри равна нулю, и нелинейный отклик второго порядка определяется квантовой метрикой. Но альтермагнетики лишены PT-симметрии, и влияние квантовой геометрии на их свойства долго оставалось загадкой.

Недавно ученые из Университета Стоуни-Брук сделали важный шаг в понимании этой загадки. Они исследовали нелинейный отклик планарных альтермагнетиков и обнаружили удивительный эффект: ведущим нелинейным откликом в этих материалах является отклик третьего порядка, индуцированный квантовой геометрией. Это открытие имеет фундаментальное значение, поскольку демонстрирует прямую связь между абстрактными квантово-геометрическими характеристиками и макроскопическими свойствами материала.

Чередование магнитного и кристаллического рисунка в альтермагнитном теллуриде марганца (MnTe, слева) и диоксиде рутения (RuO2, справа).
Автор: By Libor Šmejkal — Provided by the author, CC BY-SA 4.0 Источник: commons.wikimedia.org

Более того, оказалось, что этот отклик необычайно силен благодаря большому спиновому расщеплению в альтермагнетиках. Слабое спин-орбитальное взаимодействие также проявляется в нелинейном отклике, что открывает новые возможности для изучения этого класса материалов.

Исследование нелинейного транспорта в альтермагнетиках — это лишь первый шаг на пути к пониманию их уникальных свойств. Дальнейшие исследования, учитывающие влияние беспорядка в кристаллической решетке, позволят еще глубже проникнуть в мир квантовой геометрии и, возможно, откроют дверь к созданию новых технологий будущего.

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Детальное изучение мозга чемпиона по памяти раскрыло нейробиологию его трюков

Рабочая память человека имеет свои физиологические ограничения. Исторически в когнитивной психологии этот предел описывался формулой «семь плюс-минус два элемента». Вы можете легко удержать в...

Эффект странника: как навыки ориентации в пространстве породили у человека геометрическое мышление

Со времен Платона геометрия считалась высшим проявлением абстрактного мышления. В диалоге «Менон» философ просит необразованного мальчика-раба удвоить площадь квадрата — и тот, опираясь...

Каньон Антилопы: почему он самый извилистый и фотогеничный в мире

В Аризоне, на землях индейцев навахо, находится место, любимое фотографами со всего мира. Каньон Антилопы вы наверняка хоть раз видели на заставке своего компьютера. Microsoft вносила его виды в...

Почему кофе и чай бодрят: взгляд с точки зрения науки

Вы когда-нибудь замечали, что после чашки кофе фокусировка внимания резко обостряется, но уже через полчаса ясность мысли начинает неумолимо угасать? Эти «американские горки» связаны с конкретными...

Как гора выше Эвереста остаётся невидимой: 75% высоты Мауна-Кеа скрыто океаном

Говоря о горных вершинах, достигающих наибольших высот, невозможно не вспомнить об Эвересте. Эта гора возносится в небо на 8848 метров над уровнем моря, и этот рекорд закреплён в школьных учебниках...