W 2019 roku międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez chemika materiałową Annę Isaevą, wówczas adiunkt na I.qmat (Complexity and Topology in Quantum Matter), wywołał poruszenie, wytwarzając pierwszy na świecie ferromagnetyczny izolator topologiczny – manganowo-bizmutowy tellurek (MnBi).2T4). Ten niezwykły materiał ma własne wewnętrzne pole magnetyczne, torując drogę nowym typom komponentów elektronicznych, które mogą magnetycznie przechowywać i przesyłać informacje na powierzchni bez żadnego oporu. Może to zrewolucjonizować komputery, czyniąc je bardziej zrównoważonymi i energooszczędnymi. Od tego czasu naukowcy na całym świecie aktywnie badają różne aspekty tego obiecującego materiału kwantowego, pragnąc uwolnić jego pełny potencjał.
Świetne osiągnięcie z MnBi6T10
Na podstawie wcześniej odkrytego MnBi2T4zespół ds I.Firma qmat zaprojektowała teraz izolator topologiczny o właściwościach ferromagnetycznych, znany jako MnBi6T10. W materiałach ferromagnetycznych poszczególne atomy manganu są magnetycznie ułożone równolegle, co oznacza, że wszystkie ich momenty magnetyczne są skierowane w tym samym kierunku. Z kolei w swoim antyferromagnetycznym poprzedniku, MnBi2T4W ten sposób wyrównane są tylko momenty magnetyczne w obrębie pojedynczej warstwy materiału. Niewielka zmiana składu chemicznego kryształu ma znaczący wpływ, ponieważ ferromagnetyczny izolator topologiczny MnBi6T10 Wykazuje silniejsze i potężniejsze pole magnetyczne niż jego antymagnetyczny poprzednik. „Udało nam się zsyntetyzować materię kwantową MnBi6T10 Tak, że staje się ferromagnetykiem przy 12 K. Choć ta temperatura -261°C to wciąż bardzo niska temperatura dla podzespołów komputera, to jest to pierwszy krok na długiej drodze rozwojowej” – wyjaśnia profesor Vladimir Henkov z Würzburga. To jego grupa odkryła, że powierzchnia materii wykazuje właściwości ferromagnetyczne, dzięki czemu może przewodzić prąd bez żadnych strat, podczas gdy jego podeszwy nie mają tej właściwości.
Wyścig po cudowną substancję
the I.Zespół badawczy qmat nie był sam w dążeniu do stworzenia ferromagnetycznego izolatora topologicznego w laboratorium. Po niezwykłym sukcesie MnBi2T4, naukowcy na całym świecie rozpoczęli poszukiwania kolejnych kandydatów na magnetyczne izolatory topologiczne. W 2019 roku cztery różne grupy zsyntetyzowały MnBi6T10ale dopiero w naszym laboratorium ten niezwykły materiał wykazywał właściwości ferromagnetyczne”, wyjaśnia Isaeva, obecnie profesor fizyki eksperymentalnej na Uniwersytecie w Amsterdamie.
Antyporządek struktury atomowej
Kiedy chemicy zajmujący się materiałami w Dreźnie, kierowani przez Isaevę, skrupulatnie wymyślili, jak wyprodukować krystaliczną substancję w procesie zbliżonym do pracy detektywistycznej, dokonali zaskakującego odkrycia. Okazuje się, że niektóre atomy musiały zostać przesunięte z ich pierwotnej warstwy atomowej, co oznaczało, że musiały pozostawić swój pierwotny układ w krysztale. „Rozmieszczenie atomów manganu we wszystkich warstwach kryształów powoduje, że otaczające atomy manganu obracają swój moment magnetyczny w tym samym kierunku. Porządek magnetyczny staje się zaraźliwy” – wyjaśnia Isaeva. „Nieporządek antyatomowy, zjawisko, które obserwujemy w naszym krysztale, jest zwykle uważane za destrukcyjne w chemii i fizyce. Uporządkowane struktury atomowe są łatwiejsze do obliczenia i lepiej zrozumiane – jednak nie zawsze dają pożądany rezultat” – dodaje Henkoff. „To szczególne zaburzenie jest krytycznym mechanizmem, który umożliwia MnBi6T10 Aby stać się ferromagnesem ”- potwierdza Isaeva.
Sieć współpracy dla najnowszych badań
I.Naukowcy qmat z TU Dresden i JMU Würzburg oraz Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) w Dreźnie współpracowali przy tych pionierskich badaniach. Kryształy zostały przygotowane przez zespół chemików materiałowych pod kierownictwem Isaevy (TU Dresden). Następnie masowy ferromagnetyzm próbek został ujawniony w IFW, gdzie dr Jorge I. Facio opracował również obszerną teorię wyjaśniającą zarówno ferromagnetyzm MnBi, jak i6T10 Charakteryzują się działaniem przeciwzakłóceniowym i ich antyferromagnetycznymi odpowiednikami. Zespół Hinkova z JMU Würzburg przeprowadził biometrię powierzchni.
Naukowcy pracują obecnie nad osiągnięciem ferromagnetyzmu w znacznie wyższych temperaturach. Poczynili już wstępne postępy, osiągając około 70 tys. Jednocześnie należy zwiększyć bardzo niskie temperatury, w których pojawiają się egzotyczne efekty kwantowe, ponieważ bezstratne przewodzenie prądu zaczyna się już od 1 do 2 K.
Excellence Group ct.qmat
Grupa doskonałości I.qmat – Złożoność i topologia materii kwantowej Od 2019 roku jest zarządzany wspólnie przez Julius-Maximilians-Universität Würzburg i Technische Universität Dresden. Prawie 400 naukowców z ponad 30 krajów i czterech kontynentów bada kwantowe materiały topologiczne, które ujawniają zaskakujące zjawiska w ekstremalnych warunkach, takich jak ekstremalnie niskie temperatury i wysokie ciśnienie lub silne pola magnetyczne. I.qmat jest finansowany przez niemiecką strategię doskonałości rządu federalnego i krajów związkowych i jest jedyną grupą doskonałości, która ma siedzibę w dwóch różnych krajach związkowych.
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
