在原子水平上以圖形方式表示TbMn6Sn6材料的晶體結(jié)構(gòu)。在這里，Mn和Tb原子分別顯示為藍色和綠色球。連接鄰近鄰域的線顯示 Mn Kagome 和 Tb 三角形晶格。該元素上存在的磁性由位于每個原子上的箭頭表示。作用于不同原子平面內(nèi)部和內(nèi)部的磁相互作用由方括號顯示，并用字母“J”標記，下標M和T用于表示它們所連接的Mn或Tb元素。圖片來源：美國能源部艾姆斯國家實驗室

新發(fā)現(xiàn)的可果美層狀拓撲磁體TbMn中的磁相互作用6錫6可能是定制電子如何流經(jīng)這些材料的關(guān)鍵。來自美國能源部艾姆斯國家實驗室和橡樹嶺國家實驗室的科學(xué)家對TbMn進行了深入調(diào)查。6錫6以更好地了解材料及其磁性特性。這些結(jié)果可能會影響量子計算、磁存儲介質(zhì)和高精度傳感器等領(lǐng)域的未來技術(shù)進步。

Kagomes是一種材料，其結(jié)構(gòu)以傳統(tǒng)的日本籃子編織技術(shù)命名。編織產(chǎn)生被三角形包圍的六邊形圖案，反之亦然?？晒澜饘僦性拥呐帕性佻F(xiàn)了編織圖案。這種特性導(dǎo)致材料中的電子以獨特的方式表現(xiàn)。

固體材料的電子特性受其電子能帶結(jié)構(gòu)特性的控制。能帶結(jié)構(gòu)強烈依賴于原子晶格的幾何形狀，有時能帶可能顯示特殊形狀，如圓錐體。這些特殊的形狀，稱為拓撲特征，負責電子在這些材料中的獨特行為方式。特別是可果美結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電子波段中復(fù)雜且可能可調(diào)的特征。

使用磁性原子構(gòu)建這些材料的晶格，例如TbMn中的Mn6錫6，可以進一步幫助誘導(dǎo)拓撲特征。埃姆斯實驗室（Ames Lab）的科學(xué)家、項目負責人Rob McQueeney解釋說，拓撲材料“具有一種特殊的特性，在磁性的影響下，你可以獲得流在材料邊緣的電流，這些電流是無耗散的，這意味著電子不會散射，也不會耗散能量。

該團隊著手更好地了解TbMn中的磁性6錫6并使用從橡樹嶺散裂中子源收集的計算和中子散射數(shù)據(jù)進行分析。Ames Lab的博士后研究助理，項目團隊成員Simon Riberolles解釋了該團隊使用的實驗技術(shù)。該技術(shù)涉及一束中子粒子，用于測試磁性順序的剛性。“材料中存在的不同磁相互作用的性質(zhì)和強度都可以使用這種技術(shù)來繪制出來，”他說。

他們發(fā)現(xiàn)TbMn6錫6層與層之間有相互競爭的相互作用，或者所謂的受挫磁性?！八韵到y(tǒng)必須做出妥協(xié)，”麥奎尼說，“通常這意味著，如果你戳它，你可以讓它做不同的事情。但我們在這份材料中發(fā)現(xiàn)的是，即使存在這些相互競爭的相互作用，還有其他相互作用占主導(dǎo)地位。

這是對TbMn磁性的首次詳細研究6錫6待發(fā)布?！霸谘芯恐校斈惆l(fā)現(xiàn)你理解了新的東西，或者你測量了以前從未見過的東西，或者被部分或以不同的方式理解的東西時，總是令人興奮的，”Riberolles說。

McQueeney和Riberolles解釋說，他們的發(fā)現(xiàn)表明，這種材料可能會根據(jù)特定的磁性特性進行調(diào)整，例如通過改變不同稀土元素的Tb，這將改變化合物的磁性。這項基礎(chǔ)研究為可果美金屬發(fā)現(xiàn)的持續(xù)進展鋪平了道路。

這項研究在發(fā)表在《物理評論X》上的論文中有進一步的討論。

更多信息： S. X. M. Riberolles等人， 拓撲鐵磁體TbMn6Sn6中的低溫競爭磁能尺度， 物理評論X （2022）.DOI： 10.1103/PhysRevX.12.021043

期刊信息：物理評論X