_ Manipularea geometriei „ universul de electroni în magneți

Cercetătorii de la Universitatea Tohoku și Agenția Japoneză pentru Energie Atomică au dezvoltat experimente și teorii fundamentale pentru a manipula geometria „universului de electroni”, care descrie structura stărilor cuantice electronice într-o manieră matematic similar universului real, într-un material magnetic în condiții ambientale.

Proprietatea geometrică investigată – adică metrica cuantică – a fost detectată ca un semnal electric distinct de conducția electrică obișnuită. Această descoperire dezvăluie știința cuantică fundamentală a electronilor și deschide calea pentru proiectarea de dispozitive spintronice inovatoare care utilizează conducția neconvențională care rezultă din metrica cuantică.

Detaliile studiului au fost publicate în revista Nature Physics pe 22 aprilie. 2024.

Conducția electrică, care este crucială pentru multe dispozitive, urmează legea lui Ohm: un curent răspunde proporțional la tensiunea aplicată. Dar pentru a realiza noi dispozitive, oamenii de știință au trebuit să găsească un mijloc de a depăși această lege.

Iată unde intervine mecanica cuantică. O geometrie cuantică unică, cunoscută sub numele de metrica cuantică, poate genera conducție non-ohmică. Această metrică cuantică este o proprietate inerentă materialului în sine, ceea ce sugerează că este o caracteristică fundamentală a structurii cuantice a materialului.

Termenul „metrică cuantică” se inspiră din conceptul „metric” din relativitatea generală, care explică modul în care geometria universului se distorsionează sub influența forțelor gravitaționale intense, cum ar fi cele din jurul găurilor negre. În mod similar, în căutarea proiectării conducției non-ohmice în cadrul materialelor, înțelegerea și valorificarea metricii cuantice devine imperativă.

Această metrică delimitează geometria „universului de electroni”, analog cu universul fizic. În mod specific, provocarea constă în manipularea structurii cuantice-metrice într-un singur dispozitiv și discernământul impactului acesteia asupra conducției electrice la temperatura camerei.

Echipa de cercetare a raportat manipularea cu succes a structurii cuantice-metrice la temperatura camerei în o heterostructură cu peliculă subțire care cuprinde un magnet exotic, Mn3Sn, și un metal greu, Pt. Mn3Sn prezintă o textură magnetică esențială atunci când este adiacent cu Pt, care este drastic modulată de un câmp magnetic aplicat.

Echipa a detectat și controlat magnetic o conducere non-ohmică numită efect Hall de ordinul doi, unde tensiunea răspunde ortogonal. și pătratic la curentul electric aplicat. Prin modelare teoretică, ei au confirmat că observațiile pot fi descrise exclusiv de metrica cuantică.

"Efectul nostru Hall de ordinul doi provine din structura cuantică-metrică care se cuplează cu textura magnetică specifică la Mn3Sn/ Interfața Pt Prin urmare, putem manipula în mod flexibil metrica cuantică prin modificarea structurii magnetice a materialului prin abordări spintronice și putem verifica o astfel de manipulare în controlul magnetic al efectului Hall de ordinul doi”, a explicat Jiahao Han, autorul principal al acestui studiu. .

Principalul contributor la analiza teoretică, Yasufumi Araki, a adăugat: „Predicțiile teoretice presupun metrica cuantică ca un concept fundamental care conectează proprietățile materialelor măsurate în experimente de structurile geometrice studiate în fizica matematică. , confirmarea dovezilor sale în experimente a rămas o provocare. Sper că abordarea noastră experimentală de a accesa metrica cuantică va avansa astfel de studii teoretice.

Investigatorul principal Shunsuke Fukami a declarat: „Până acum, s-a considerat că metrica cuantică este inerentă și incontrolabilă, la fel ca universul, dar acum trebuie să schimbăm această percepție. Descoperirile noastre, în special controlul flexibil la temperatura camerei, poate oferi noi oportunități de a dezvolta dispozitive funcționale, cum ar fi redresoare și detectoare în viitor.”

(Fluierul)