Физики из Университета Райса представили новые данные о магнетизме и взаимодействии электронов в современных материалах, что может изменить подход к технологиям, таким как квантовые вычисления и высокотемпературные сверхпроводники.

Под руководством Чжэн Жэня и Мин Йи исследовательская группа изучила тонкие плёнки из железа и олова (FeSn), что позволило раскрыть особенности магнетизма в металлах кагоме — материалах с уникальной решетчатой структурой, названной в честь традиционного узора для плетения корзин. Эта структура создаёт особые магнитные и электронные свойства благодаря квантовой интерференции электронной волновой функции.

Согласно результатам, опубликованным 30 октября в журнале Nature Communications, магнитные свойства FeSn обусловлены локализованными электронами, а не подвижными, как считалось ранее. Это открытие противоречит существующим теориям, где считалось, что свободные электроны управляют магнитными свойствами таких материалов. Этот новый взгляд на магнетизм может помочь в разработке материалов с уникальными свойствами для передовых технологий, включая квантовые компьютеры и сверхпроводники.

«Мы надеемся, что наше исследование вызовет дальнейшие эксперименты и теоретические разработки, углубляя понимание квантовых материалов и их практических применений», — сказал Мин Йи, доцент кафедры физики и астрономии и старший научный сотрудник Академии Райса.

Используя современные технологии, объединяющие молекулярно-лучевую эпитаксию и фотоэмиссионную спектроскопию с угловым разрешением, исследователи создали высококачественные тонкие плёнки FeSn и изучили их электронную структуру. Они обнаружили, что даже при повышенных температурах плоские зоны решетки кагоме оставались расщеплёнными, что свидетельствует о том, что магнетизм в материале определяется локализованными электронами. Этот эффект корреляции электронов добавляет новый уровень сложности в понимание магнетизма кагоме.

Исследование также показало, что некоторые электронные орбитали взаимодействуют более интенсивно, чем другие, - явление, известное как селективная перенормировка зон, ранее наблюдавшееся в железосодержащих сверхпроводниках. Этот эффект предоставляет новый взгляд на взаимодействие электронов в магнитах кагоме.

«Наши результаты подчёркивают сложное взаимодействие между магнетизмом и электронными корреляциями в этих материалах и показывают, что данные эффекты играют важную роль в их общем поведении», — отметил Чжэн Жэнь, младший научный сотрудник Академии Райса.

Помимо изучения FeSn, исследование имеет более широкое значение для разработки материалов с аналогичными свойствами. Понимание плоских зон и корреляций электронов может помочь в создании новых технологий, таких как высокотемпературные сверхпроводники и топологические квантовые компьютеры, где взаимодействие магнетизма и топологических зон создаёт квантовые состояния, пригодные для квантовых логических операций.

Источник: Nature Communications