Американские исследователи обнаружили новое квантовое состояние в необычном материале

Вчал/исток

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Коллаборация физиков, работающих в различных институтах США, обнаружила новое квантовое состояние в сплаве магния, кремния и теллура, говорится в пресс-релизе. Это открытие может привести к применению квантовых вычислений, например, в создании датчиков и систем связи.

Сплав представляет собой кристаллическую структуру, обозначенную как Mn3Si2Te6, и состоит из восьмиугольных ячеек, расположенных в виде сот, если смотреть сверху. Хотя, если смотреть сбоку, он состоит из сложенных друг на друга листов.

Электроны могут свободно перемещаться внутри структуры. Однако из-за хаотичности потока движение электронов во многом похоже на движение транспортных средств в пробке, что придает материалу свойства изолятора.

Исследователи были заинтересованы в изучении сплава из-за свойства, которое они заметили ранее. Названный магнитосопротивлением, материал демонстрирует улучшенную проводимость при помещении в магнитное поле.

Хотя это изменение в природе не наблюдается для большинства материалов, для некоторых оно наблюдалось раньше. В случае этого сплава магнитосопротивление было названо колоссальным, поскольку в присутствии магнитного поля он перестает вести себя как изолятор и вместо этого действует как проводящий провод.

Исследователи также обнаружили, что колоссальное магнитосопротивление проявляется только тогда, когда магнитное поле прикладывается перпендикулярно к сотовой поверхности. Хотя это было не так для магнитосопротивления, наблюдаемого в других материалах, исследователям нужна была новая модель, чтобы объяснить, почему этот сплав ведет себя так.

Бартломей Вроблевский / iStock

Физики-теоретики из Технологического института Джорджии разработали новую математическую модель, в которой обнаружили, что потоки тока между магнитными ионами марганца запрещены симметрией. Однако октаэдрически расположенные ионы теллура могли переносить токи, когда магнитное поле прикладывалось определенным образом.

Интересно, что исследователи также обнаружили, что материал может переключаться между изолятором и проводником даже при подаче электрического тока. Однако этот переход не был немедленным и мог занять от нескольких секунд до минут.

Более медленное переключение — это то, что исследователи заинтересованы использовать для разработки новых приложений в современных управляемых квантовых устройствах, которые можно было бы использовать для различных целей — от вычислений до зондирования и связи.

До этого исследователям еще предстоит больше узнать об этом недавно открытом квантовом состоянии, а также определить, какие другие материалы обладают этими свойствами.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.

Аннотация исследования:

Колоссальное магнитосопротивление (КМС) — это необычайное усиление электропроводности в присутствии магнитного поля. Обычно его связывают с индуцированной полем спиновой поляризацией, которая резко снижает спиновое рассеяние и электрическое сопротивление. Ферримагнетик Mn3Si2Te6 является интересным исключением из этого правила: он демонстрирует снижение удельного сопротивления в плоскости ab на семь порядков, которое происходит только при исключении магнитной поляризации1,2. Здесь мы сообщаем об экзотическом квантовом состоянии, которое управляется ab-плоскими киральными орбитальными токами (COC), текущими вдоль ребер октаэдров MnTe6. Орбитальные моменты оси c плоскости COC ab соединяются с ферримагнитными спинами Mn, что резко увеличивает проводимость плоскости ab (CMR), когда внешнее магнитное поле ориентировано вдоль магнитной жесткой оси c. Следовательно, CMR, управляемый COC, очень чувствителен к небольшим постоянным токам, превышающим критический порог, и может вызывать зависящее от времени бистабильное переключение, которое имитирует «переход плавления» первого рода, который является отличительной чертой состояния COC. Продемонстрированный текущий контроль CMR с поддержкой COC предлагает новую парадигму для квантовых технологий.