Fizicienii „sparg” regulile magnetismului pentru a avansa computerele cuantice și supraconductorii

Cercetătorii „sparg” regulile magnetismului pentru a obține noi perspective asupra acestuia și a interacțiunilor electronice în materialele avansate.

Descoperirile echipei de la Universitatea Rice (SUA) ar putea revoluționa domenii precum calculul cuantic și supraconductibilitatea la temperaturi înalte. Studiul lor asupra filmelor subțiri de fier-staniu (FeSn) schimbă modul în care oamenii de știință privesc magneții kagome, denumiți astfel după un model tradițional de împletire a coșurilor. Echipa a descoperit că proprietățile magnetice ale FeSn provin din electroni localizați, nu din electronii mobili, așa cum se credea anterior.

• De ce lipsesc culori din Soare? Nici măcar oamenii de știință nu au răspunsul complet!
• ADHD în viața de zi cu zi: ce îngreunează concentrarea și ce ajută, concret

Potrivit echipei, aceste descoperiri contrazic teoriile actuale despre metalele kagome și „sparg” regulile magnetismului, cu potențialul de a ghida dezvoltarea unor materiale cu proprietăți personalizate pentru tehnologii avansate precum calculul cuantic și supraconductori.

„Această lucrare este de așteptat să stimuleze studii experimentale și teoretice ulterioare asupra proprietăților emergente ale materialelor cuantice, aprofundându-ne înțelegerea acestor materiale enigmatice și a aplicațiilor lor posibile în lumea reală”, a declarat Ming Yi, de la Rice Academy.

Magneții kagome sunt materiale cu o structură distinctă, asemănătoare unei rețele, care le permite să manifeste comportamente magnetice și electronice unice, generate prin interferența distructivă cuantică a funcțiilor de undă electronice.

Iată cum cercetătorii „sparg” regulile magnetismului

Studiul interacțiunii dintre structură, magnetism și electroni este posibil datorită materialelor magnetice kagome. Au fost raportate multe tipuri de sisteme kagome magnetice, cum ar fi familia RMn6Sn6 (unde R este un element rar) și familia binară FemXn (unde X este Sn sau Ge). În aceste materiale, anumite niveluri de energie, numite benzi plate kagome, se află aproape de un nivel energetic cheie, cunoscut sub numele de nivel Fermi, atunci când nu sunt ordonate magnetic. Se crede că o umplere parțială a acestor benzi plate ar putea conduce la un tip de magnetism numit feromagnetism de tip Stoner, scrie Interesting Engineering.

Totuși, oamenii de știință nu au reușit încă să observe împărțirea magnetică care apare la temperaturi mai înalte în aceste materiale, ceea ce lasă întrebări deschise despre funcționarea magnetismului în magneții kagome.

În noua lor cercetare, echipa a produs filme subțiri de FeSn de înaltă calitate și a analizat structura lor electronică folosind o metodă avansată ce combină epitaxia prin fascicul molecular cu spectroscopia fotoemisiei unghiulare.

Ei au descoperit că benzile kagome plate au rămas separate chiar și la temperaturi înalte, un semn că magnetismul materialului este generat de electroni localizați. Înțelegerea modului în care comportamentul electronilor influențează caracteristicile magnetice ale magneților kagome este complicată de efectul de corelație a electronilor.

Ce domenii pot beneficia de pe urma unor astfel de studii?

Conform cercetătorilor, lucrarea oferă și o nouă înțelegere a modului în care interacțiunile electronilor influențează comportamentul magneților kagome, dezvăluind că anumiți orbitali electronici au interacțiuni mai intense decât alții, un proces numit renormalizare selectivă a benzii, observat și în supraconductorii pe bază de fier.

„Studiul nostru subliniază interacțiunea complexă dintre magnetism și corelațiile electronice în magneții kagome și sugerează că aceste efecte nu sunt neglijabile în modelarea comportamentului lor general”, a spus Zhen Ren, membru junior la Rice Academy.

Echipa susține, de asemenea, că studiul are implicații mai largi pentru materialele cu caracteristici similare și aprofundează înțelegerea FeSn.

Tehnologii noi, cum ar fi calculul cuantic topologic, unde interacțiunea dintre magnetism și benzile plate topologice creează stări cuantice ce pot fi folosite ca porți logice cuantice, și supraconductorii la temperaturi înalte ar putea beneficia de pe urma înțelegerii benzilor plate și a corelațiilor electronice.

Detaliile cercetării au fost publicate în revista Nature Communications.

Vă recomandăm să citiți și:

Inginerii au reușit pentru prima oară să-i facă pe roboți să gândească

Oamenii de știință au folosit un algoritm care imită mucegaiul pentru a modela Universul

Vinul și tehnologia: iată cum „acest elixir” a creat o nouă generație de baterii

De ce nu ruginește oțelul inoxidabil?