磁性材料の可能性を解き放つ

Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter 2023 年 2 月 4 日

磁性材料は、電場が反対方向を向く 2 つのレーザー ビームにさらされます。 この素材は光を散乱させます。 2 つのビームからの散乱光の強度に差がある場合、その材料はトポロジカル相にあります。 クレジット: Jörg Harms、MPSD

トポロジカル相は電子システムに限定されず、マグノンとして知られる磁気波によって特徴付けられる磁性材料にも存在する可能性があります。 科学者たちはマグノン流を生成および測定する方法を開発しましたが、マグノンのトポロジカル相を直接観察したことはまだありません。

マグノンは、音波が空気中を伝わるのと同じように、磁気秩序を乱すことによって磁性体中を移動します。 その順序は、特定の回転軸を共有するコマの集合として想像できます。 波の効果は、コマが回転する軸をわずかに傾けることです。

トポロジカルマグノン相は、サンプルの端に沿ってマグノンの流れを運ぶことができるチャネルに関連付けられています。 研究者らは、電子デバイス内で電流が信号を送信するのと同じように、このようなエッジチャネルを利用して将来のスピントロニクスデバイスで情報を運ぶことができるのではないかと期待している。 ただし、そのような技術が実現される前に、科学者は磁気相がトポロジカルであるかどうかを検証する方法を見つける必要があります。

The transatlantic research team studied a class of magnetic materials structurally similar to grapheneGraphene is an allotrope of carbon in the form of a single layer of atoms in a two-dimensional hexagonal lattice in which one atom forms each vertex. It is the basic structural element of other allotropes of carbon, including graphite, charcoal, carbon nanotubes, and fullerenes. In proportion to its thickness, it is about 100 times stronger than the strongest steel." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">グラフェンを作成し、右偏光または左偏光のレーザー光にさらします。レーザーの電場はレーザー光軸の周りを時計回りまたは反時計回りに回転します。 研究者らは、材料から散乱した光を分析し、散乱強度が 2 つの偏光で異なる場合、材料はトポロジカル相にあることを示しました。 逆に、散乱光の強度に差がない場合、その材料はトポロジカル相にありません。 したがって、散乱光の特性は、これらの磁性材料のトポロジカル相の明確な指標として機能します。

この技術は導入が簡単で、他の準粒子にも拡張することができると筆頭著者のエミール・ビニャス・ボストロム氏は述べています。「ラマン散乱は多くの研究室で利用できる標準的な実験技術であり、これがこの提案の強みの 1 つです。結果は非常に一般的であり、フォノン、励起子、または光子からなる他のタイプの系にも同様によく当てはまります。」

長期的には、マグノンを使用して、より低いエネルギー消費で、より持続可能な技術デバイスを構築できることが期待されています。「トポロジカルマグノン電流を利用することで、将来のデバイスのエネルギー消費を電子電流と比較して約1,000分の1に削減できる可能性があります。」ただし、そこに到達するまでには解決すべき問題がたくさんあります」と Viñas Bostrom 氏は言います。

Reference: "Direct Optical Probe of Magnon Topology in Two-Dimensional Quantum Magnets" by Emil Viñas Boström, Tahereh Sadat Parvini, James W. McIver, Angel Rubio, Silvia Viola Kusminskiy and Michael A. Sentef, 13 January 2023, Physical Review LettersPhysical Review Letters (PRL) is a peer-reviewed scientific journal published by the American Physical Society. It is one of the most prestigious and influential journals in physics, with a high impact factor and a reputation for publishing groundbreaking research in all areas of physics, from particle physics to condensed matter physics and beyond. PRL is known for its rigorous standards and short article format, with a maximum length of four pages, making it an important venue for rapid communication of new findings and ideas in the physics community." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">物理的レビューレター.DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.026701