پیشرفت های غیرمنتظره در پژوهش مواد مغناطیسی میتواند منجر به دستیابی به روشهای جدیدی برای دستکاری جریان الکترون با هدف اتلاف انرژی بسیار کمتری شود.
به گزارش تک ناک، طبق گزارش های خبرگزاری نانوورک به تازگی برهمکنش های مغناطیسی تازهای در آهنربای توپولوژیکی لایهای Kagome TbMn6Sn6 کشفشده است که میتواند کلیدی برای طراحی اختصاصی نحوه جریان الکترونها از طریق این مواد باشد.
دانشمندان از آزمایشگاه ملی آمز وزارت انرژی ایالات متحده و آزمایشگاه ملی اوکریج تحقیقات عمیقی را در مورد TbMn6Sn6 برای درک بهتر ماده و ویژگی های مغناطیسی آن انجام دادند.این نتایج میتواند بر پیشرفتهای آتی فناوری در زمینههایی مانند محاسبات کوانتومی، بسترهای ذخیرهسازی مغناطیسی و حسگرها با دقت بالا تأثیر بگذارد.
Kagome نوعی ماده است که به دلیل شباهت ساختار آن به تکنیک سنتی سبدبافی ژاپنی نامگذاری شدهاست. این نوع بافت یک الگوی شش ضلعی احاطه شده توسط مثلث و بالعکس ایجاد می کند. چینش اتم ها در فلزات Kagome الگوی این بافت را بازتولید می کند. این ویژگی منجر به رفتار منحصربه فرد الکترون های درون ماده میشود.
مواد جامد دارای خواص الکترونیکی کنترل شده توسط ویژگی های ساختار نواری الکترونیکی هستند. ساختار نواری به شدت به هندسه شبکه اتمی آن وابسته است و در برخی مواقع این نوارها ممکن است اشکال خاصی مانند مخروط را نشان دهند.
این اشکال خاص که مسئول روشهای منحصربهفرد رفتار الکترونها در این مواد هستند، ویژگیهای توپولوژیکی نامیده میشوندو به شکل بخصوصی ساختار Kagome منجر به ویژگیهای پیچیده و بالقوه قابل تنظیم در نوارهای الکترونیکی میشود.
استفاده از اتمهای مغناطیسی برای ساخت شبکه این مواد، مانند منگنز در TbMn6Sn6، می تواند به القای بیشتر ویژگیهای توپولوژیکی آن کمک کند. راب مککوئینی، یکی از دانشمندان آزمایشگاه ایمز و رهبر پروژه، توضیح داد که مواد توپولوژیکی ویژگی خاصی تحت تأثیر مغناطیس دارند، که میتوانند جریانهایی را که روی لبه مواد جاری میشوند بدون اتلاف دریافت کند، به این معنی که الکترون ها پراکنده نمی شوند و انرژی هدر نمیرود.
این تیم به دنبال درک بهتر مغناطیس در TbMn6Sn6 با استفاده از محاسبات و دادههای پراکندهسازی نوترون جمع آوری شده توسط منبع نوترونی Oak Ridge Spallation برای انجام تجزیه و تحلیل خود استفاده کرد. سایمون ریبرولز، یکی از همکاران تحقیقاتی پسادکتری در آزمایشگاه ایمز و عضو تیم پروژه، تکنیک آزمایشی مورد استفاده در تیم را توضیح داد. این تکنیک شامل شعاعی از ذرات نوترونی، برای آزمایش صلب بودن نظم مغناطیسی میشود. او گفت: ” با استفاده از این تکنیک می توان ماهیت و قدرت برهمکنشهای مختلف مغناطیسی موجود در مواد را ترسیم کرد.”
آنها کشف کردند که TbMn6Sn6 شامل فعل و انفعالات رقابتی بین لایه ها ، یا حالتی که مغناطیس ناامید نامیده می شود، است. مککوئینی گفت: «بنابراین سیستم باید سازگار شود واین معمولا به این معناست که اگر آن را دستکاری کنیم، میتوان آن را وادار به رفتار متفاوت کرد. اما آنچه ما در این مواد دریافتیم این است که با اینکه رفتارهای رقابتی وجود دارد، رفتارهای دیگری نیز وجود دارد که غالب هستند.
این اولین بررسی دقیق منتشر شده از خواص مغناطیسی TbMn6Sn6 است. ریبرولز گفت: «در پژوهش، اینکه به درک جدیدی از یافتهها دست مییابید، یا چیزی را اندازه میگیرید که قبلاً دیده نشده ، و یا به طور جزئی یا به شیوهای متفاوت درک شده است، همیشه هیجانانگیز است.
مک کوئینی و ریبرولز توضیح دادند که یافتههای آنها نشان میدهد که مواد به طور بالقوه می توانند برای ویژگیهای مغناطیسی خاصی تنظیم شوند، برای مثال با تغییر Tb برای یک عنصر خاکی کمیاب متفاوت، مغناطیس ترکیب را میتواند تغییر دهد. این تحقیقات بنیادی راه را برای پیشرفت های مستمر در کشف فلزات Kagome هموار می کند.
