Dans le paysage en constante évolution de la physique de la matière condensée, une avancée récente a émergé grâce aux efforts collaboratifs des chercheurs de l'Institut Peter Grünberg (PGI-1), de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne, de l'Institut Paul Scherrer en Suisse et du Centre de recherche de Jülich. Science neutronique (JCNS).
Ce travail synergique, dirigé par le trio Manuel dos Santos Dias, Nikolaos Biniskos et Flaviano dos Santos et dirigé par Stefan Blügel, Thomas Brückel et Samir Lounis, a exploré les propriétés magnoniques inexplorées du Mn5 Ge3 , un matériau ferromagnétique tridimensionnel.
La topologie, un concept central de la physique contemporaine, a déjà joué un rôle transformateur dans la compréhension des électrons dans les solides. Des effets Hall quantiques aux isolants topologiques, l’influence de la topologie est considérable. Dans ce contexte, l’attention s’est déplacée vers les magnons – précession collective des moments magnétiques – en tant que porteurs potentiels d’effets topologiques. Les magnons, étant des bosons, peuvent présenter des phénomènes uniques semblables à leurs homologues fermioniques.
L'équipe de recherche visait à explorer les propriétés magnoniques du Mn5 Ge3 , un ferromagnétique centrosymétrique 3D. Grâce à une combinaison de calculs de théorie fonctionnelle de densité, de simulations de modèles de spin et d'expériences de diffusion de neutrons, ils ont découvert la structure inhabituelle de la bande magnétique du matériau.
La révélation centrale a été l’existence de magnons de Dirac avec un trou énergétique, un phénomène attribué aux interactions Dzyaloshinskii-Moriya. Cette interaction, identifiée dans le matériau, est responsable de la création d'un écart dans le spectre des magnon.
La possibilité d'ajuster l'entrefer en tournant la direction de magnétisation à l'aide d'un champ magnétique appliqué caractérise Mn5 Ge3 comme matériau tridimensionnel avec des magnons de Dirac écartés. Cet écart, expliqué théoriquement et démontré expérimentalement, a souligné la nature topologique de Mn5 Ge3 les magnons.
Les résultats de l'équipe de recherche contribuent non seulement à la compréhension fondamentale des magnons topologiques, mais mettent également en évidence Mn5 Ge3 comme un changement potentiel dans le domaine des matériaux magnétiques.
L'interaction complexe des facteurs révélés dans Mn5 Ge3 ouvre de nouvelles voies pour concevoir des matériaux dotés de propriétés magnétiques sur mesure. À mesure que les propriétés magnétiques du matériau peuvent être réglées avec précision, la perspective d'intégrer ces magnons topologiques dans de nouveaux concepts de dispositifs pour des applications pratiques devient de plus en plus réalisable.
Alors que la communauté scientifique continue d’explorer les frontières de la physique de la matière condensée, cette étude marque une étape importante dans la découverte des mystères des matériaux magnétiques. L'implication de la recherche élargit non seulement notre compréhension des magnons, mais ouvre également la voie à l'exploitation de leurs propriétés quantiques uniques dans les technologies futures.
Les résultats sont publiés dans la revue Nature Communications .
Plus d'informations : M. dos Santos Dias et al, Magnons topologiques pilotés par l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya dans le ferromagnétique centrosymétrique Mn5Ge3, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-43042-3
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par le Forschungszentrum Juelich
