L'étudiant diplômé de l'Université Rice, Lebing Chen, a utilisé un four à haute température pour fabriquer des cristaux de triiodure de chrome qui ont produit les matériaux 2D pour des expériences à la source de neutrons de spallation du laboratoire national d'Oak Ridge. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
Les physiciens du riz ont confirmé les origines topologiques des magnons, caractéristiques magnétiques qu'ils ont découvertes il y a trois ans dans un matériau 2D qui pourraient s'avérer utiles pour coder des informations dans les spins des électrons.
La découverte, décrit dans une étude publiée en ligne cette semaine dans la revue American Physical Society Examen physique X , fournit une nouvelle compréhension des excitations de spin induites par la topologie dans des matériaux connus sous le nom d'aimants 2D de van der Waals. Les matériaux sont d'un intérêt croissant pour la spintronique, un mouvement dans la communauté de l'électronique à l'état solide vers des technologies qui utilisent des spins d'électrons pour coder des informations pour le calcul, stockage et communication.
Le spin est une caractéristique intrinsèque des objets quantiques et les spins des électrons jouent un rôle clé dans la formation du magnétisme.
Physicien du riz Pengcheng Dai, co-auteur de la Examen physique X étudier, lesdites expériences de diffusion inélastique de neutrons sur le matériau 2D chrome triiode ont confirmé l'origine de la nature topologique des excitations de spin, appelés magnons, que son groupe et d'autres ont découvert dans le matériel en 2018.
Les dernières expériences du groupe à la source de neutrons de spallation du laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) ont montré que "le couplage spin-orbite induit des interactions asymétriques entre les spins" des électrons dans le triiode de chrome, dit Dai. "Par conséquent, les spins des électrons ressentent différemment le champ magnétique des noyaux en mouvement, et cela affecte leurs excitations topologiques."
L'étudiant diplômé Lebing Chen présente des cristaux de triiodure de chrome qu'il a fabriqués dans un laboratoire de l'Université Rice. Les couches empilées de triiodure de chrome 2D atomiquement mince ont des propriétés électroniques et magnétiques inhabituelles qui pourraient s'avérer utiles pour les technologies qui codent l'information dans les spins des électrons. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
Dans les matériaux van der Waals, des couches 2D atomiquement minces sont empilées comme les pages d'un livre. Les atomes dans les couches sont étroitement liés, mais les liens entre les couches sont faibles. Les matériaux sont utiles pour explorer des comportements électroniques et magnétiques inhabituels. Par exemple, une seule feuille 2D de triiode de chrome a le même type d'ordre magnétique qui fait que les décalcomanies magnétiques collent à un réfrigérateur en métal. Les piles de trois couches 2D ou plus ont également cet ordre magnétique, que la physique appelle ferromagnétique. Mais deux feuilles empilées de triiode de chrome ont un ordre opposé appelé antiferromagnétique.
Ce comportement étrange a conduit Dai et ses collègues à étudier le matériel. Rice étudiant diplômé Lebing Chen, l'auteur principal de cette semaine Examen physique X étude et de l'étude 2018 dans la même revue, développé des méthodes pour fabriquer et aligner des feuilles de triiodure de chrome pour des expériences à l'ORNL. En bombardant ces échantillons avec des neutrons et en mesurant les excitations de spin résultantes avec la spectrométrie de temps de vol des neutrons, Chen, Dai et ses collègues peuvent discerner des caractéristiques et des comportements inconnus du matériau.
Dans leur étude précédente, les chercheurs ont montré que la triiode de chrome crée son propre champ magnétique grâce à des magnons qui se déplacent si vite qu'ils ont l'impression de se déplacer sans résistance. Dai a déclaré que la dernière étude explique pourquoi un empilement de deux couches 2-D de triiodure de chrome a un ordre antiferromagnétique.
"Nous avons trouvé des preuves d'un ordre magnétique dépendant de l'empilement dans le matériau, " a déclaré Dai. Découvrir les origines et les principales caractéristiques de l'État est important car il pourrait exister dans d'autres aimants 2D de van der Waals.
Les co-auteurs supplémentaires incluent Bin Gao of Rice, Jae-Ho Chung de l'Université de Corée, Matthieu Pierre, Alexandre Kolesnikov, Barry Winn, Ovidiu Garlea et Douglas Abernathy de l'ORNL, et Mathias Augustin et Elton Santos de l'Université d'Édimbourg.
