Ученые обнаружили первый антиферромагнитный топологический квантовый материал

Ученые обнаружили новый тип объемного квантового материала с магнитными и топологическими свойствами. Новый материал называется теллурид марганца-висмута (MnBi2Te4) и чрезвычайно перспективен для применения в антиферромагнитной спинтронике и квантовых технологиях.

Квантовые материалы во всем мире находятся в центре исследовательской деятельности в рамках различных научных дисциплин. Этот класс материалов, по-видимому, становится все более сложным и богатым физическими явлениями, такими как магнетизм, сверхпроводимость или топология, и поэтому чрезвычайно перспективен для технологических достижений в областях обработки информации, датчиков, вычислительной техники и многих других. Также в TU Dresden исследования квантовых материалов играют важную роль. С созданием Кластера Совершенства ct.qmat — Сложность и Топология в Квантовых Материалах вместе с Университетом Юлиуса-Максимилиана-Вюрцбурга, область приобрела еще большее влияние.

Чрезвычайные свойства в квантовых материалах часто требуют особых, трудно достижимых условий, таких как низкие температуры, чрезвычайно сильные магнитные поля или высокое давление. Поэтому ученые ищут материалы, которые демонстрируют свои экзотические свойства даже при комнатной температуре, без внешних магнитных полей и при нормальном атмосферном давлении. Особенно многообещающими являются так называемые магнитные топологические изоляторы (MTI). Они считаются источником новых квазичастиц и беспрецедентных квантовых явлений, но их экспериментальная реализация очень сложна.

Доктор Анна Исаева является ассоциированным членом Cluster of Excellence ct.qmat и младшим профессором по синтезу и выращиванию кристаллов квантовых материалов в Университете Дрездена и Лейбницком институте исследования твердого тела и материалов Дрездена (IFW). Вместе со своей группой она работает на стыке химии, физики и кристаллографии для идентификации новых квантовых материалов.

В рамках широкого международного сотрудничества более 40 ученых из более чем 20 научно-исследовательских институтов, команда доктора Исаева принимает активное участие в открытии нового, многообещающего квантового материала. Совместно с доктором Александром Зейгнером из Дрезденского института твердого тела и материаловедения им. Лейбница ученые из Дрездена разработали первую методику выращивания кристаллов для первого магнитного топологического материала: теллурида марганца-висмута (MnBi2Te4) и охарактеризовали физические свойства. кристаллов. Сотрудничество в области исследований смогло доказать как теоретически, во главе с Международным физическим центром Доностиа в Испании, так и в спектроскопических экспериментах, возглавляемых Вюрцбургским университетом, что MnBi2Te4 является первым антиферромагнитным топологическим изолятором (AFMTI) ниже его температуры Нееля.

Значение этого открытия для научного сообщества огромно: кристалл MTI имеет краевое состояние на своей поверхности, которое может реализовать квантованную холловскую проводимость даже без внешнего магнитного поля. Кроме того, изготовление AFMTI вносит важный вклад в развивающуюся область антиферромагнитной спинтроники. В новой области исследований магнитных материалов Ван-дер-Ваальса также могут быть использованы новые двумерные ферромагнетики.

Команда доктора Исаевой уже оптимизировала протокол синтеза для нового материала, чтобы было проще получать монокристаллы MnBi2Te4. Исследовательские группы по всему миру присоединились к изучению взаимодействия магнетизма и топологии в MnBi2Te4. Последние результаты показывают, что существует еще больше структурных производных MnBi2Te4, которые актуальны в контексте MTI.

«Мы являемся свидетелями появления нового семейства магнитно-топологических изоляторов, которые полагаются на внутреннюю намагниченность, а не на подход магнитного легирования. В командах по всему миру много соперников, что также вызвало поток новых публикаций на эту тему, говорит июнь-проф. Доктор Анна Исаева, ссылаясь на три последующие статьи ее собственной команды.

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Technische Universität Dresden . Примечание: содержимое может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. М. М. Отроков, И. И. Климовских, Х. Бентманн, Д. Эстюнин, А. Зейгнер, З. С. Алиев, С. Гас, Ауб Вольтер, А. В. Королева, А. М. Шикин, М. Бланко-Рей, М. Хоффманн, И. П. Русинов, А. Ю. , Вязовская, С.В. Еремеев, Ю.А. М. Коротеев, В. М. Кузнецов, Ф. Фрейзе, Дж. Санчес-Баррига, И. Р. Амирасланов, М. Б. Бабанлы, Н. Т. Мамедов, Н. А. Абдуллаев, В. Н. Зверев, А. Альфонсов, В. Катаев, Б. Бюхнер, Е. Ф. Швьер, С. Кумар , А. Кимура, Л. Петачча, Г. Ди Санто, Р. К. Видаль, С. Шатц, К. Киснер, М. Юнцельманн, К. Х. Мин, Саймон Мозер, Т. Р. Ф. Пейшото, Ф. Рейнерт, А. Эрнст, П. М. Эхеник, А. Исаева, Е.В. Чулков. Прогнозирование и наблюдение антиферромагнитного топологического изолятора . Природа , 2019; 576 (7787): 416 DOI: 10.1038 / s41586-019-1840-9