Этот новый материал имеет возможные применения в области спинтроники, где спиновые токи могут быть использованы для энергоэффективных технологий и приложений хранения информации.Электроны обладают двумя фундаментальными свойствами, зарядом и спином, порождающими в материалах такие явления, как электричество, магнетизм, теплопроводность и сверхпроводимость. Материалы с топологическими свойствами имеют новые зарядовые или спиновые возбуждения на своих поверхностях или других границах. Такие материалы представляют большой интерес для применения в производстве возобновляемых источников энергии и в высокопроизводительных компьютерах.
Недавно было теоретически предсказано несколько классов материалов с различными топологическими свойствами, а некоторые из них подтверждены экспериментально.Экспериментальное исследование, проведенное группой из Стэнфордского университета и Массачусетского технологического института, дополняет валидацию одного такого класса материалов. Рассеяние нейтронов открыло новые магниты, в которых магнетизм переносится спиновыми возбуждениями (называемыми магнонами) по краям кристалла, даже когда объемные спиновые возбуждения не допускаются. Результаты рассеяния можно объяснить теорией, основанной на специфическом расположении атомов и спин-орбитальной связи атомов в материале.
Спин-орбитальная связь — это квантово-механическое явление, которое возникает в результате взаимодействия между орбитальным движением электрона в атомах и его ориентацией спина.В частности, было показано, что металлорганическое каркасное соединение, [1,3-бензолдикарбоксилат] меди с уникальным расположением атомов меди в кристалле, демонстрирует это новое поведение. Для этого материала нарушения ориентации электронного спина могут распространяться по краю магнитного кристалла, даже если распространение через объем заблокировано.Основываясь на этом новом поведении, материал получил название топологический магнонный изолятор.
Этот материал аналогичен другому классу недавно обнаруженных материалов, известных как топологические изоляторы, которые позволяют проводить электрический заряд по поверхностям, не имея проводимости в объеме.Это новое поведение топологических магнонных изоляторов может привести к новым приложениям в таких областях, как спинтроника, где спиновые токи (а не ток заряда в электронике) могут быть использованы для энергоэффективных технологий и хранения информации.
Эта работа была поддержана Министерством энергетики, Управлением науки, Управлением фундаментальных энергетических наук (MIT), Национальным научным фондом (Северо-Западный университет), Национальным институтом стандартов и технологий (нейтронная установка SPINS) и Научно-технологическим институтом. Совет по эксплуатации (Источник импульсных нейтронов и мюонов ISIS).