物理学家在2D磁体中发现"Magnon"的起源 可能被证明对信息编码有用

2021年09月25日 15:39 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

莱斯大学的物理学家们已经证实了磁子的拓扑学起源,他们三年前在一种二维材料中发现的磁性特征可能被证明对编码电子自旋的信息有用。最近在线发表在美国物理学会杂志《Physical Review X》上的一项研究描述了这一发现,它提供了对被称为二维范德瓦尔斯磁体的材料中拓扑结构驱动的自旋激发的新理解。

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Lebing-Chen.jpg

这些材料对于自旋电子学研究人员而言兴趣越来越大,自旋电子学是固态电子学界的一个运动,它利用电子自旋对信息进行编码以进行计算、存储和通信。

自旋是量子物体的一个固有特征,电子的自旋在带来磁性方面发挥着关键作用。

PRX研究的共同通讯作者、莱斯大学物理学家Dai Pengcheng说,对二维材料三碘化铬的非弹性中子散射实验证实了他的小组和其他人2018年在该材料中发现的自旋激发的拓扑性质的起源,这种激发被称为磁子。

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研究生Lebing Chen展示了他在莱斯大学实验室制作的三碘化铬晶体。原子级薄的二维三碘化铬的堆积层具有不寻常的电子和磁性,可能被证明对"自旋电子"技术有用,该技术将信息编码在电子的自旋中。

该小组在橡树岭国家实验室(ORNL)的溅射中子源进行的最新实验显示,三碘化铬中电子的"自旋-轨道耦合诱发了自旋之间的不对称相互作用",Dai说。"结果,电子的自旋以不同的方式感受到移动核的磁场,这影响了它们的拓扑激发。"

在范德瓦尔斯材料中,原子般薄的二维层像书页一样堆叠在一起。层内的原子是紧密结合的,但层与层之间的结合很弱。这种材料对于探索不寻常的电子和磁性行为非常有用。例如,单一的二维三碘化铬片具有与使磁性贴纸粘在金属冰箱上的那种磁性秩序。三个或更多二维层的堆叠也有这种磁秩序,物理学上称之为铁磁。但是两层叠加的三碘化铬具有一种相反的秩序,被称为反铁磁性。

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这种奇怪的行为促使Dai及其同事对这种材料进行研究。莱斯大学的研究生Lebing Chen是本周PRX研究和2018年同一杂志上的研究的主要作者,他为ORNL的实验开发了制造和对齐三碘化铬片的方法。通过用中子轰击这些样品,并用中子飞行时间光谱法测量所产生的自旋激发,Chen、Dai及其同事可以辨别材料的未知特征和行为。

在他们之前的研究中,研究人员表明三碘化铬由于磁子的移动速度如此之快,感觉就像没有阻力的移动一样,所以它能制造自己的磁场。戴说,最新的研究解释了为什么两个二维的三碘化铬层的堆叠具有反铁磁秩序。

戴说:"我们在该材料中发现了依赖堆叠的磁秩序的证据。发现这种状态的起源和关键特征很重要,因为它可能存在于其他二维范德瓦尔斯磁体中。"

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