Топологические изоляторы создают собственное магнитное поле
Logo
Cover

Группа физиков из США и Южной Кореи обнаружила первые свидетельства существования двумерного материала, способного выступать топологическим изолятором даже при отсутствии внешнего магнитного поля.

В ходе эксперимента образцы трииодида хрома (CrI3) охладили ниже 60 градусов Кельвина и подвергли бомбардировке нейтронами, которые, проходят достаточно близко к электронам и возбуждают спиновые волны, видимые на спектрометре. Спектроскопический анализ обнаружил присутствие магнонов — квазичастиц, соответствующих элементарному возбуждению системы взаимодействующих спинов. Спин — свойство всех квантовых объектов, это главный элемент магнетизма, а магноны представляют специфический тип коллективного поведения электронов в атомах хрома.

Возбуждения топологических спинов в трииодиде хрома особенно интригуют, поскольку это первое свидетельство подобного явления без воздействия внешнего магнитного поля, пишет Phys.org. Ученые говорят, что внутреннее магнитное поле возникло благодаря электронам, движущимся с почти релятивистской скоростью вблизи протонов в ядре атомов хрома и йода.

«Эти электроны движутся, но из-за относительности, с их точки зрения, они стоят на месте, — объясняет профессор Дай Пэнчэн из Университета Райса. (США) — Они просто стоят там, а все, что вокруг, движется очень быстро».  

Структура этих магнонов и того, как магнитная волна движется в этом материале, напоминает движение электронной волны в графене. И графен, и CrI3 содержат точки Дирака, которые существуют только в электронных зонных структурах некоторых двумерных материалов. В точках Дирака электроны движутся с релятивистскими скоростями и ведут себя так, как если бы обладали нулевой массой, а если они движутся вдоль граней топологических изоляторов, они не встречают сопротивления.

Это важное свойство может пригодиться для создания спинтронных устройств, работающих без потерь энергии.

Топологические изоляторы с магнонами обладают преимуществом над электронными, поскольку не вырабатывают тепло.

Первый двумерный материал — дителлурид вольфрама — способный менять электронные состояния, выступая то топологическим изолятором, то сверхпроводником, создали специалисты MIT. Это открытие делает WTe2 отличным кандидатом для создания майорановских состояний — ключевого элемента квантового компьютера.