磁性は量子物質の異常な電子秩序を助長する

実験は、「カゴメ」金属の絡み合った状態間のリンクを明らかにします

物理学者は、鉄ゲルマニウムの結晶中の電子の規則的な磁気配置が、チームが昨年材料で発見した電荷密度波と呼ばれる規則的な電子配置をもたらす上で不可欠な役割を果たしていることを示す一連の実験的証拠を発表

フルストーリー

2022 年に、磁気鉄ゲルマニウム結晶中の電子が自発的かつ集合的に電荷を定在波を特徴とするパターンに編成できるという発見に、物理学者は驚いた。磁性はまた、電子スピンが秩序だったパターンに集合的に自己組織化することからも発生し、これらのパターンは、物理学者が電荷密度波と呼ぶ電子の定在波を生成するパターンとめったに共存しません。 広告 今週Nature Physics に掲載された研究で、ライス大学の物理学者 Ming Yi と Pengcheng Dai、および 2022 年の研究の多くの共同研究者は、電荷密度波の発見がさらにまれであることを示す一連の実験的証拠を提示しています。磁気注文と電子注文は、単に共存するのではなく、直結しています。 「磁性は、電荷密度波の形成を促進し、形成に備えるように、材料の電子エネルギー状態のランドスケープを微妙に変更することを発見した」と、研究の共著者であるYi氏は述べた. この研究は、ライスの十数人の研究者によって共同執筆されました。オークリッジ国立研究所 (ORNL); SLAC 国立加速器研究所。ローレンス・バークレー国立研究所 (LBNL); ワシントン大学; カリフォルニア大学バークレー校。イスラエルのワイツマン科学研究所。そして中国の南方科技大学。 鉄ゲルマニウム材料はカゴメ格子結晶であり、これはよく研究されている材料ファミリーであり、原子の 2D 配置を特徴とし、伝統的な日本のカゴメ バスケットの織りパターンを連想させます。 「カゴメの材料は最近、量子材料の世界を席巻しています。「この構造の優れた点は、ジオメトリが電子がズームする方法に興味深い量子制約を課すことです。これは、トラフィックのラウンドアバウトがトラフィックの流れに影響を与え、時にはそれを停止させる方法にいくぶん類似しています。」 本来、電子はお互いを避けます。これを行う 1 つの方法は、磁気状態 (上または下を指すスピン) を隣接するスピンの反対方向に並べることです。 共著者である大氏は、「カゴメ格子に電子が置かれると、量子干渉効果により、電子が閉じ込められてどこにも行けない状態で現れることもあります」と述べています。 電子が移動できない場合、三角形の配置により、それぞれに 3 つの隣接するスピンが存在する状況が生じ、電子が隣接するすべてのスピンをまとめて反対方向に並べる方法はありません。カゴメ格子材料における電子固有のフラストレーションは、長い間認識されてきました。 イー氏は、格子が電子を「観察可能な材料の特性に直接影響を与える可能性がある」方法で制限し、チームは「磁性と電荷密度波の絡み合いの起源をより深く調べるために」それを使用することができたと述べた。アイアンゲルマニウムで。 彼らは、ORNL で実施された非弾性中性子散乱実験と、LBNL の Advanced Light Source と SLAC の Stanford Synchrotron Radiation Lightsource、およびライスの Yi の研究室で実施された角度分解光電子分光実験の組み合わせを使用して、これを行いました。 「これらのプローブにより、電荷密度波が形成されているときに電子と格子の両方が何をしているかを見ることができました」と彼女は言いました. ダイ博士は、鉄ゲルマニウムでは電荷の秩序と磁気の秩序が関連しているという研究チームの仮説を確認したと述べた。「これは、カゴメ材料が最初に磁気を形成し、電荷が整列する道を準備する、唯一ではないにしても、非常に数少ない既知の例の1つです」と彼は言いました。 この研究は、自然現象に対する好奇心と基礎研究が最終的に応用科学にどのようにつながるかを示している、とイー氏は述べた。 「私たちは物理学者として、何らかの秩序を自発的に形成する物質を見つけると、いつも興奮します」と彼女は言いました。「これは、量子材料の基本粒子の自己組織化能力について学ぶチャンスがあることを意味します。そのような理解がなければ、いつの日か自由に制御できる斬新でエキゾチックな特性を持つ材料を設計できると期待できます。 ." Dai は、物理学と天文学の Sam and Helen Worden 教授です。Dai と Yi はそれぞれ、Rice Quantum Initiative と Rice Center for Quantum Materials (RCQM) のメンバーです。 ライスでの研究は、ゴードンとベティ ムーア財団の EPiQS イニシアチブ (GBMF9470)、ウェルチ財団 (C-2024、C-1839)、エネルギー省 (DE-SC0021421)、国立科学財団 (2100741、1921847) の支援を受けました。 ）。しました。

（リスト：https://www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230313121013.htm）