Металл кагоме
Металл кагоме (часто металл Кагоме, а также магнит кагоме) — один из типов ферромагнитных квантовых материалов[англ.] в физике твёрдого тела. Атомная решётка в металле кагоме состоит из многослойных треугольников и больших шестиугольных пустот, что формирует узор, похожий на узор «кагоме» в традиционном японском плетении корзин[1][2][3][4]. Такая геометрия создает плоскую электронную зонную структуру с дираковскими переходами, в которой динамика низкоэнергетических электронов сильно коррелирует[5].
Электроны в металле кагоме испытывают «трехмерное подобие квантового эффекта Холла»: магнитные эффекты требуют, чтобы электроны текли вокруг треугольников кагоме, что похоже на сверхпроводимость[5]. Это явление наблюдается во многих материалах при низких температурах и сильном внешнем поле, но, в отличие от сверхпроводимости, известны материалы, в которых этот эффект сохраняется при стандартных условиях[5][6].
Первым обнаруженным магнитом кагоме, работающим при комнатной температуре и с исчезающим внешним полем, был интерметаллид Fe3Sn2, как было показано в 2011 году[7]. С тех пор было найдено много других металлов кагоме. Магниты кагоме встречаются в различных кристаллических и магнитных структурах, обычно имеющих решетку кагоме из 3d- переходных металлов с постоянной решётки ~ 5,5 Å. В качестве примеров можно назвать антиферромагнетик Mn3Sn, парамагнетик CoSn, ферримагнетик TbMn6Sn6, магнитотвердый ферромагнетик (и полуметалл Вейля[англ.]) Co3Sn2S2 и магнитомягкий ферромагнетик Fe3Sn2. Все известные к 2019 году металлы кагоме содержали тяжелый элемент олово, который обладает сильной спин-орбитальной связью, но потенциальные материалы кагоме, которые в это время находились на стадии изучения, включали магнитно-легированный полуметалл Вейля Co2MnGa[8] и класс AV3Sb5 (A = Cs, Rb, K)[9]. Хотя большинство исследований магнитов кагоме было проведено на Fe3Sn2, с тех пор было обнаружено, что FeSn на самом деле имеет структуру, которая гораздо ближе к идеальной решётке кагоме[10].
Решетка кагоме содержит массивные фермионы Дирака, кривизну Берри[англ.], запрещённые зоны и спин-орбитальную активность, совокупность которых способствуют эффекту Холла и электрическим токам с нулевыми потерями энергии[6][11][12]. Такое поведение является многообещающим для развития технологий квантовых вычислений, спиновых сверхпроводников и маломощной электроники[5][6]. В частности, CsV3Sb5 обладает многочисленными экзотическими свойствами, среди которых сверхпроводимость[13] и топологические состояния[14][15][16][17]. Магнитные скирмионные пузырьки[англ.] были обнаружены в металлах кагоме в широком диапазоне температур. Например, они наблюдались в Fe3Zn2 при ~200-600 К с использованием просвечивающего электронного микроскопа Лоренца (LTEM), но с высоким критическим полем ~0,8 Тл[18].
Структура «кагоме» придаёт уникальные свойства не только металлическим сплавам, но и графену[19].
См. также
- Гербертсмитит — природный магнит кагоме.
- Магнон
Примечания
- ↑ Yin Jia-Xin (2018). "Giant and anisotropic many-body spin–orbit tunability in a strongly correlated kagome magnet". Nature. 562 (7725): 91—95. arXiv:1810.00218. Bibcode:2018Natur.562...91Y. doi:10.1038/s41586-018-0502-7. PMID 30209398. S2CID 205570556.
- ↑ Li Yangmu (2019). "Magnetic-Field Control of Topological Electronic Response near Room Temperature in Correlated Kagome Magnets". Physical Review Letters. 123 (19): 196604. arXiv:1907.04948. Bibcode:2019PhRvL.123s6604L. doi:10.1103/PhysRevLett.123.196604. PMID 31765205. S2CID 195886324.
- ↑ Khadka, Durga (2020). "Anomalous Hall and Nernst effects in epitaxial films of topological kagome magnet Fe3Sn2". Physical Review Materials. 4 (8): 084203. arXiv:2008.02202. Bibcode:2020PhRvM...4h4203K. doi:10.1103/PhysRevMaterials.4.084203. S2CID 220968766.
- ↑ Yin Jia-Xin (2021). "Probing topological quantum matter with scanning tunnelling microscopy". Nature Reviews Physics. 3 (4): 249—263. arXiv:2103.08646. Bibcode:2021NatRP...3..249Y. doi:10.1038/s42254-021-00293-7. S2CID 232240545.
- ↑ 1 2 3 4 Jennifer Chu (March 19, 2018), "Physicists discover new quantum electronic material", MIT News, Massachusetts Institute of Technology
- ↑ 1 2 3 The Electronic Structure of a "Kagome" Material (амер. англ.). ALS (15 июня 2018). Дата обращения: 17 апреля 2020.
- ↑ Kida T (2011). "The giant anomalous Hall effect in the ferromagnet Fe3Sn2—a frustrated kagome metal". J. Phys.: Condens. Matter. 23 (11): 112205. arXiv:0911.0289. Bibcode:2011JPCM...23k2205K. doi:10.1088/0953-8984/23/11/112205. PMID 21358031. S2CID 118834551.
- ↑ The best of two worlds: Magnetism and Weyl semimetals (англ.). phys.org (сентябрь 2019). Дата обращения: 17 апреля 2020.
- ↑ Ortiz, Brenden R.; Gomes, Lídia C.; Morey, Jennifer R.; Winiarski, Michal; Bordelon, Mitchell; Mangum, John S.; Oswald, Iain W. H.; Rodriguez-Rivera, Jose A.; Neilson, James R.; Wilson, Stephen D.; Ertekin, Elif; McQueen, Tyrel M.; Toberer, Eric S. (2019-09-16). "New kagome prototype materials: discovery of KV3Sb5 and CsV3Sb5". Physical Review Materials. 3 (9): 094407. doi:10.1103/PhysRevMaterials.3.094407. S2CID 204667182.
- ↑ MIT researchers realize "ideal" kagome metal electronic structure . MIT News (12 декабря 2019). Дата обращения: 17 апреля 2020.
- ↑ A new 'spin' on kagome lattices (англ.). phys.org. Дата обращения: 17 апреля 2020.
- ↑ Ye, Linda; Chan Mun K.; McDonald, Ross D.; Graf, David; Kang Mingu; Liu Junwei; Suzuki Takehito; Comin, Riccardo; Fu Liang; Checkelsky, Joseph G. (2019-10-25). "de Haas-van Alphen effect of correlated Dirac states in kagome metal Fe3Sn2". Nature Communications (англ.). 10 (1): 4870. arXiv:1809.11159. Bibcode:2019NatCo..10.4870Y. doi:10.1038/s41467-019-12822-1. ISSN 2041-1723. PMC 6814717. PMID 31653866.
- ↑ Ortiz, Brenden R.; Teicher, Samuel M. L.; Hu Yong; Zuo, Julia L.; Sarte, Paul M.; Schueller, Emily C.; Abeykoon, A. M. Milinda; Krogstad, Matthew J.; Rosenkranz, Stephan; Osborn, Raymond; Seshadri, Ram; Balents, Leon; He, Junfeng; Wilson, Stephen D. (2020-12-10). "CsV3Sb5: A Z2 Topological Kagome Metal with a Superconducting Ground State". Physical Review Letters. 125 (24): 247002. arXiv:2011.06745. Bibcode:2020PhRvL.125x7002O. doi:10.1103/PhysRevLett.125.247002. PMID 33412053. S2CID 226955936.
- ↑ Zhao He; Li Hong; Ortiz, Brenden R.; Teicher, Samuel M. L.; Park, Takamori; Ye Mengxing; Wang Ziqiang; Balents, Leon; Wilson, Stephen D.; Zeljkovic, Ilija (November 2021). "Cascade of correlated electron states in the kagome superconductor CsV3Sb5". Nature (англ.). 599 (7884): 216—221. arXiv:2103.03118. Bibcode:2021Natur.599..216Z. doi:10.1038/s41586-021-03946-w. ISSN 1476-4687. PMID 34587622. S2CID 232110725.
- ↑ Guo Chunyu; Putzke, Carsten; Konyzheva, Sofia; Huang Xiangwei; Gutierrez-Amigo, Martin; Errea, Ion; Chen Dong; Vergniory, Maia G.; Felser, Claudia; Fischer, Mark H.; Neupert, Titus; Moll, Philip J. W. (2022-10-12). "Switchable chiral transport in charge-ordered kagome metal CsV3Sb5". Nature (англ.). 611 (7936): 461—466. arXiv:2203.09593. Bibcode:2022Natur.611..461G. doi:10.1038/s41586-022-05127-9. ISSN 1476-4687. PMC 9668744. PMID 36224393.
- ↑ Jiang Yu-Xiao; Yin Jia-Xin; Denner, M. Michael; Shumiya, Nana; Ortiz, Brenden R.; Xu Gang; Guguchia, Zurab; He Junyi; Hossain, Md Shafayat; Liu Xiaoxiong; Ruff, Jacob; Kautzsch, Linus; Zhang Songtian S.; Chang Guoqing; Belopolski, Ilya (October 2021). "Unconventional chiral charge order in kagome superconductor KV3Sb5". Nature Materials (англ.). 20 (10): 1353—1357. arXiv:2012.15709. Bibcode:2021NatMa..20.1353J. doi:10.1038/s41563-021-01034-y. hdl:10356/155563. ISSN 1476-4660. PMID 34112979. S2CID 233872276.
- ↑ Chen Hui; Yang Haitao; Hu Bin; Zhao Zhen; Yuan Jie; Xing Yuqing; Qian Guojian; Huang Zihao; Li Geng; Ye Yuhan; Ma Sheng; Ni Shunli; Zhang Hua; Yin Qiangwei; Gong Chunsheng (November 2021). "Roton pair density wave in a strong-coupling kagome superconductor". Nature (англ.). 599 (7884): 222—228. arXiv:2103.09188. Bibcode:2021Natur.599..222C. doi:10.1038/s41586-021-03983-5. ISSN 1476-4687. PMID 34587621. S2CID 238230135.
- ↑ Hou Zhipeng; Ren Weijun; Ding Bei; Xu Guizhou; Wang Yue; Yang Bing; Zhang Qiang; Zhang Ying; Liu Enke; Xu Feng; Wang Wenhong (August 2017). "Observation of Various and Spontaneous Magnetic Skyrmionic Bubbles at Room Temperature in a Frustrated Kagome Magnet with Uniaxial Magnetic Anisotropy". Advanced Materials (англ.). 29 (29): 1701144. arXiv:1706.05177. Bibcode:2017AdM....2901144H. doi:10.1002/adma.201701144. hdl:10754/624948. PMID 28589629. S2CID 5370789.
- ↑ Графен со структурой решетки кагомэ может быть сверхпроводником . «ТехИнсайдер» (15 февраля 2021). Дата обращения: 18 октября 2024.
Ссылки
- Александр Дубов. Физики нашли запрещенную зону в металле с решеткой кагоме . N + 1 (20 марта 2018). Дата обращения: 23 августа 2024.
- Иван Рябов. Физики обнаружили «секретный соус» экзотических свойств нового квантового материала. Хотя теоретики ранее уже предсказывали причину необычных свойств материала, известного как металл кагомэ — явление, лежащее в основе этих свойств, наблюдалось в лаборатории впервые. Хайтек (14 января 2022). Дата обращения: 23 августа 2024.
- Традиционный японский орнамент вдохновил физиков на создание сверхпроводящего кристалла . Indicator (19 марта 2018). Дата обращения: 23 августа 2024.
- Katja Lesser. Validation of superconductor theory: Cooper pairs display wave-like distribution in Kagome metals (англ.). Phys.org (23 августа 2024). Дата обращения: 23 августа 2024.
- University of Würzburg. Kagome Metals Unlocked: A New Dimension of Superconductivity (англ.). SciTechDaily (25 августа 2024). — Kagome metals exhibit superconductivity through a unique wave-like distribution of electron pairs, a discovery that overturns previous assumptions and may lead to the development of novel superconducting components. Дата обращения: 26 августа 2024.
- Прорыв в квантовой физике: уникальная сверхпроводимость металлов Кагоме. Революционное открытие обещает трансформировать технологии от энергетики до вычислений . SecurityLab.ru (26 августа 2023). Дата обращения: 27 августа 2024.
- Zheng, Guolin; Tan, Cheng; Chen, Zheng; Wang, Maoyuan; Zhu, Xiangde; Albarakati, Sultan; Algarni, Meri; Partridge, James; Farrar, Lawrence; Zhou, Jianhui; Ning, Wei; Tian, Mingliang; Fuhrer, Michael S.; Wang, Lan (2023-02-08). "Electrically controlled superconductor-to-failed insulator transition and giant anomalous Hall effect in kagome metal CsV3Sb5 nanoflakes". Nature Communications. 14 (1): 678. doi:10.1038/s41467-023-36208-6.