Les domaines de la physique de la matière condensée et de la science des matériaux sont intimement liés auto la nouvelle physique est souvent découverte dans des matériaux avec des preparations spéciaux d’atomes. Les cristaux, qui ont des unités répétées d’atomes dans l’espace, peuvent avoir des motifs spéciaux qui se traduisent par des propriétés physiques exotiques. Les matériaux qui hébergent plusieurs varieties de propriétés exotiques sont particulièrement intéressants, automobile ils donnent aux scientifiques la possibilité d’étudier remark ces propriétés interagissent et s’influencent mutuellement. Les combinaisons peuvent donner lieu à des phénomènes inattendus et alimenter des années de recherche fondamentale et technologique.



Dans une nouvelle étude publiée dans Science Innovations cette semaine, une équipe internationale de scientifiques des États-Unis, de Colombie, de République tchèque, d’Angleterre, et dirigée par le Dr Mazhar N.Ali de l’Institut Max Planck de physique des microstructures en Allemagne, a montré que un nouveau matériau, KV3Sb5, a une combinaison de propriétés inédite qui se traduit par l’un des effets Hall anormaux (AHE) les moreover importants jamais observés 15 500 siemens par centimètre à 2 Kelvin.

Découvert dans le laboratoire du co-auteur, le professeur Tyrel McQueen de l’Université Johns Hopkins, le KV3Sb5 blend quatre propriétés en un seul matériau: la physique de Dirac, le magnétisme métallique frustré, l’exfoliation 2D (comme le graphène) et la stabilité chimique.



La physique de Dirac, dans ce contexte, est liée au fait que les électrons de KV3Sb5 ne sont pas simplement vos électrons ordinaires ordinaires ils se déplacent extrêmement rapidement avec une masse efficace très faible. Cela signifie qu’ils agissent « comme de la lumière » leurs vitesses deviennent comparables à la vitesse de la lumière et ils se comportent comme s’ils n’avaient qu’une petite portion de la masse qu’ils devraient avoir. Il en résulte que le matériau est hautement métallique et a été montré pour la première fois dans le graphène il y a approximativement 15 ans.

Le « magnétisme frustré » survient lorsque les moments magnétiques d’un matériau (imaginez de petits barreaux aimantés qui essaient de se tourner et de s’aligner du nord au sud lorsque vous les rapprochez) sont disposés en géométries spéciales, comme des réseaux triangulaires. Ce scénario peut rendre difficile l’alignement des aimants de barre de manière à ce qu’ils s’annulent tous et soient stables. Les matériaux présentant cette propriété sont rares, en particulier les matériaux métalliques. Les matériaux magnétiques les as well as frustrés sont des isolants électriques, ce qui signifie que leurs électrons sont immobiles. « Les aimants métalliques frustrés sont très recherchés depuis plusieurs décennies. On a prévu qu’ils hébergeraient une supraconductivité non conventionnelle, des fermions de Majorana, seraient utiles pour l’informatique quantique, et in addition encore », a commenté le Dr Ali.

Structurellement, KV3Sb5 a une framework en couches 2D où les couches triangulaires de vanadium et d’antimoine s’empilent de manière lâche au-dessus des couches de potassium. Cela a permis aux auteurs d’utiliser simplement du ruban adhésif pour décoller quelques couches (a.k.a. flocons) à la fois mais en utilisant des électrons plutôt que des photons) pour fabriquer de minuscules dispositifs à partir des flocons et mesurer les propriétés que les gens peuvent ‘ t mesurer facilement en vrac.  » a fait remarquer l’auteur principal Shuo-Ying Yang, de l’Institut Max Planck de physique des microstructures. « Nous avons été ravis de constater que les flocons étaient assez stables au processus de fabrication, ce qui rend relativement facile le travail et l’exploration de nombreuses propriétés.

Forte de cette combinaison de propriétés, l’équipe a d’abord choisi de rechercher un effet Corridor anormal (AHE) dans le matériau. Ce phénomène est celui où les électrons dans un matériau avec un champ électrique appliqué (mais pas de champ magnétique) peuvent être déviés de 90 degrés par divers mécanismes. « Il avait été théorisé que les métaux avec des preparations de spin triangulaires pourraient avoir un effet extrinsèque significatif, donc c’était un bon place de départ », a noté Yang la fabrication de microdispositifs et un système de mesure des propriétés électroniques à basse température, Shuo-Ying et le co-auteur principal Yaojia Wang (Max Planck Institute of Microstructure Physics) ont pu observer l’un des additionally grands AHE jamais vus.

L’AHE peut être divisé en deux catégories générales: intrinsèque et extrinsèque. « Le mécanisme intrinsèque est comme si un joueur de soccer faisait une passe à son coéquipier en pliant le ballon, ou l’électron, autour de certains défenseurs (sans qu’il entre en collision avec eux) », a expliqué Ali. « Extrinsèque est comme la balle rebondissant sur un défenseur, ou un centre de diffusion magnétique, et allant sur le côté après la collision. De nombreux matériaux à dominance extrinsèque ont un arrangement aléatoire de défenseurs sur le champ, ou des centres de diffusion magnétique dilués au hasard dans tout le cristal. Le KV3Sb5 est spécial en ce qu’il comporte des groupes de 3 centres de diffusion magnétique disposés en un réseau triangulaire. Dans ce scénario, la balle se disperse hors du groupe de défenseurs, plutôt qu’un seul, et est plus susceptible d’aller sur le côté que si un seul était sur le chemin.  » Il s’agit essentiellement du mécanisme théorisé de diffusion asymétrique des amas de spin AHE qui a été démontré par les auteurs de ce matériel. « Cependant, la condition avec laquelle le ballon entrant touche le groupe semble avoir une value vous ou moi botter le ballon n’est pas la même que si, disons, Christiano Ronaldo avait botté le ballon », a ajouté Ali. « Quand Ronaldo le lance, il se déplace beaucoup in addition vite et rebondit hors du cluster avec beaucoup as well as de vitesse, se déplaçant sur le côté plus rapidement que si n’importe quelle personne moyenne lui avait donné un coup de pied. C’est, en gros, la différence entre les quasiparticules de Dirac ( Ronaldo) dans ce matériau par rapport aux électrons normaux (personne moyenne) et est lié à la raison pour laquelle nous voyons un si grand AHE « , a expliqué Ali en riant.

Ces résultats peuvent également aider les scientifiques à identifier d’autres matériaux avec cette combinaison d’ingrédients. « Surtout, la même physique régissant cet AHE pourrait également entraîner un très grand effet Hall de spin (SHE) – où au lieu de générer un courant de charge orthogonal, un courant de spin orthogonal est généré », a fait remarquer Wang. « C’est critical pour les systems informatiques de nouvelle génération basées sur le spin d’un électron plutôt que sur sa demand. »

« Il s’agit d’un nouveau matériau de terrain de jeu pour nous: physique de Dirac métallique, magnétisme frustré, exfoliatable et chimiquement steady tout en un. Il y a beaucoup d’occasions d’explorer des phénomènes amusants et étranges, comme la supraconductivité non conventionnelle et additionally », a déclaré Ali, avec enthousiasme .