_ Dovezi chiralitatea fononului de la împrăștierea impurităților în izolatorul antiferomagnetic oxid de stronțiu iridiu

Efectul de hală termică (THE) este un fenomen fizic caracterizat prin mici diferențe transversale de temperatură care apar într-un material atunci când un curent termic trece prin el și o perpendiculară. i se aplică câmp magnetic. Acest efect a fost observat într-un număr tot mai mare de izolatori, dar fizica sa de bază rămâne prost înțeleasă.

Cercetătorii de la Universitatea din Sherbrooke din Canada au încercat să identifice mecanismul din spatele acestui efect în diferite materiale. Cea mai recentă lucrare a acestora, publicată în Nature Physics, a examinat în mod specific acest efect în izolatorul antiferomagnetic oxidul de stronțiu iridiu (Sr2IrO4).

„Activitatea noastră actuală de cercetare asupra THE în izolatori a început odată cu descoperirea unui THE mare. în supraconductori cuprați”, a declarat Louis Taillefer, coautor al lucrării, pentru Phys.org.

„Acest lucru a fost o mare surpriză pentru toată lumea, în special faptul că marele THE a persistat până la capăt. zero doping, unde cuprații sunt izolatori Mott. Acest lucru a stârnit imediat interesul în rândul diverșilor teoreticieni, inclusiv Steve Kivelson de la Stanford și Subir Sachdev de la Harvard."

La scurt timp după descoperirea lor, cercetătorii au putut determina că căldura purtătorii responsabili pentru acest efect în izolatorii de cuprat sunt fononii, undele de energie vibrațională atomică oscilatoare. Aceste descoperiri au fost prezentate într-o lucrare publicată în Nature Physics în 2020.

„Ideea din spatele acestei lucrări a fost de a trimite curentul de căldură perpendicular pe planurile CuO2, o direcție de-a lungul căreia doar fononii pot călători, dar nu. electroni sau excitații legate de spin”, a spus Taillefer. „Acest lucru a arătat că fononii sunt purtătorii de căldură relevanți, așa cum a fost găsit chiar înainte de grupul lui Kamran Behnia în titanatul de stronțiu.”

Rezultatele experimentale ale echipei au indicat că fononii au stat la baza THE pe care au observat-o în izolatorii de cuprat, dar și fizicul. mecanismul prin care au permis acest efect a rămas necunoscut. Ulterior, munca lor a inspirat mulți fizicieni teoreticieni să ofere o posibilă explicație pentru acest mecanism, inclusiv Kivelson de la Universitatea Stanford, Sachdev de la Universitatea Harvard, Allan MacDonald de la Universitatea Texas și Leon Balents de la KITP Santa Barbara.

„Nostru. abordarea experimentală a fost căutarea fononului THE într-o mare varietate de materiale”, a explicat Taillefer. „Un astfel de material este izolatorul antiferomagnetic Cu3TeO6. Un altul este iridat Sr2IrO4, care este subiectul celei mai recente lucrări ale noastre în Nature Physics.”

Așadar, ca parte a studiului lor recent, Taillefer și colegii săi în mod special a căutat efectul impurităților asupra THE indus de fonon în Sr2IrO4. Pentru a face acest lucru, colaboratorul lor Véronique Brouet de la Laboratoire de Physique des Solides de la Université Paris-Saclay a introdus două tipuri de impurități în material; în primul rând impurități de rodiu (Rh) și apoi impurități de lantan (La).

„Surpriza mare a fost îmbunătățirea uriașă a THE pe care am văzut-o când a fost adăugată o mică concentrație de impurități Rh”, a spus Taillefer. „Am observat o creștere de 70 de ori, cu doar 5% din Rh înlocuind Ir. Acesta este un indiciu puternic că fononul THE este cauzat de împrăștierea fononilor de impurități care sunt încorporate într-un mediu antiferomagnetic (în acest caz, straturile de IrO2). )."

Noile descoperiri adunate de Taillefer și colegii săi sugerează un posibil mecanism care ar putea sta la baza fononului THE observat în Sr2IrO4. Acest mecanism presupune împrăștierea fononilor de către impurități, eventual prin procese rezonante precum cele sugerate de Kivelson sau Sachdev. Între timp, cercetătorii intenționează să-și continue cercetările asupra efectului THE, concentrându-se pe diverse alte materiale.

„O direcție pentru cercetările viitoare va fi să vedem dacă materialele care sunt candidate pentru stările lichide de spin cuantic generează un THE care nu este din fononi, ci mai degrabă din excitații emergente exotice, cum ar fi fermionii sau spinonii Majorana, ", a adăugat Taillefer.

"Materialele candidate includ RuCl3 și Na2Cu2TeO6. O altă direcție, de data aceasta pentru fononul THE, va fi înțelegerea modului în care unele materiale pot genera un THE atunci când câmpul magnetic aplicat este paralel cu căldura. curent; așa-numitul „EL planar”. Derutant!”

La sfârșitul anului 2023, Taillefer și colegii săi au publicat diverse lucrări care cercetau THE planar în diferite clase de materiale. Studiile lor s-au concentrat până acum pe izolatori antiferomagnetici frustrați, materiale Kitaev și cuprați.

© 2024 Science X Network

(Fluierul)