Во многих материалов, электрическое сопротивление и изменение напряжения в присутствии магнитного поля, как правило, разной гладко, как магнитное поле вращается. Этот простой магнитный отклик лежит в основе многих приложений, в том числе бесконтактное измерение тока, обнаружение движения и хранения данных. В кристалле, так что заряд и спин своего электрона выровнять и взаимодействие лежит в основе этих эффектов. Используя характер выравнивания, называется симметрией, является ключевым элементом в разработке функциональных материалов для электроники и развивающейся области спин на основе электроники (спинтроники).
Недавно команда исследователей из Массачусетского технологического института, французского Национального центра научных исследований (CNRS) и Высшей нормальной школы (НВС) де Лион, Университет Калифорнии в Санта-Барбаре (УСБ), Гонконгский университет науки и технологии (HKUST), и NIST центр нейтронных исследований, возглавляемой Джозефом г. Checkelsky, доцент кафедры физики Массачусетского технологического института, обнаружила новый тип магнитно управляемый электрического отклика в кристалле состоит из церия, алюминия, Германия и кремния.
При температурах ниже 5.6 кельвинах (соответствует -449.6 градусов по Фаренгейту), эти кристаллы показывают резкое повышение электросопротивления, когда магнитное поле точно выровнены в пределах угла 1 градус по направлению симметрии кристалла. Этот эффект, который исследователи назвали “особой угловой магнитосопротивление,” можно отнести к симметрии — в частности, упорядочение магнитных атомов церия моменты. Их результаты опубликованы сегодня в журнале Science.
Роман ответ и симметрии
Как старинные часы, предназначенные, чтобы куранты в 12:00 и ни в какое другое положение руки, недавно обнаружил магнетосопротивление возникает только тогда, когда направление, или вектор магнитного поля направлен прямо в соответствии с высоким-оси симметрии В материала кристаллической структуры. Поверните магнитного поля более чем на градус от этой оси и сопротивление резко падает.
«Вместо того, чтобы отвечать на отдельные компоненты магнитного поля, как традиционный материал, материал реагирует на абсолютный вектор направления», — говорит Такехито Сузуки, ученый-исследователь в группе Checkelsky, который обобщил эти материалы и обнаружен эффект. «Наблюдаемое резкое повышение, которое мы называем вырожденной угловой магнитосопротивление, подразумевает особое состояние реализуется только в таких условиях».
Магнетосопротивление-изменение электрического сопротивления материала в ответ на приложенное магнитное поле. Связанный эффект, известный как гигантское магнитосопротивление является основой для современных жестких дисков компьютера и его первооткрыватели были удостоены Нобелевской премии в 2007 году.
«Наблюдаемое повышение настолько сильно ограниченном с магнитным полем вдоль кристаллической оси в данном материале, Что дает основания полагать, симметрия играет важную роль”, — Люсиль Савари, постоянный научный сотрудник Национального центра научных исследований в ENS-де-Лион, добавляет. Савари была Бетти и Гордон Мур, научный сотрудник Массачусетского технологического института от 2014-17, когда команда начала сотрудничество.
Для выяснения роли симметрии, важно увидеть выравнивания магнитных моментов, для которых Suzuki и Джеффри Линн, НИСТ собратьев, выполненных порошковой нейтронографии исследований на БТ-7 трехосного спектрометра в экспериментах центра нейтронных исследований (NCNR). Исследовательская группа использовала дифракции возможностей по NCNR нейтронов для определения магнитной структуры материала, которая играет важную роль в понимании его топологические свойства и характер магнитных доменов. В «топологические состояния» это тот, который защищен от обычного расстройства. Это был ключевой фактор в раскрытии механизма особой реакции.
На основе наблюдения за заказ шаблон, Савари и Леон Баленц, профессор, постоянный член Института теоретической физики Кавли в УСБ, построена теоретическая модель, в которой спонтанное нарушение симметрии вызвано магнитного момента заказ пар в магнитном поле и топологическая структуры. Как следствие, соединение, переключение между равномерно заказала с низким и высоким удельным сопротивлением государства можно манипулировать точного контроля направления магнитного поля.
“Согласие модели с экспериментальными результатами является выдающимся и является ключом к пониманию того, что произошло загадочное экспериментальное наблюдение”, — говорит Checkelsky, старший автор бумаги.
Универсальность этого явления
«Интересный вопрос здесь является ли или не в единственном числе угловые магнитосопротивление может быть широко наблюдается в магнитных материалах и, если эта функция может быть повсеместно наблюдается, что является ключевым компонентом для технических материалов с этой целью» Сузуки говорит.
Теоретическая модель показывает, что особой реакции действительно может быть найден в других материалах и предсказывает свойства материала выгодно для реализации этой функции. Одним из важных ингредиентов является электронной структуры с небольшим количеством свободных зарядов, которое происходит в точке, как электронная структура, называют узловыми. Материал в данном исследовании так называемых точек Вейля для достижения этой цели. В таких материалов, разрешенных электронных импульсов зависит от конфигурации магнитного порядка. Такой контроль импульсов этих обвинений, магнитная степень свободы позволяет системе поддерживать переключением регионов интерфейс, где импульсы не совпадают между доменами из разных магнитного порядка. Это несоответствие и приводит к значительному увеличению сопротивления, наблюдаемые в этом исследовании.
Этот анализ подтверждается из первых принципов электронной структуры расчета Jianpeng Лю, научный сотрудник профессор активно, и Баленц. Используя более традиционные магнитные элементы, такие как железо или кобальт, а не в РЗМ-церий, могут предложить потенциальные пути к высшему наблюдения температуры единственном числе угловые магнетосопротивления. Исследование также исключил изменения в расположении атомов, называется структурный фазовый переход, в качестве причины изменения удельного сопротивления церия на основе материала.
Кеннет Берч, директор программы выпускник и доцент кафедры физики в Бостонском колледже, лаборатории которого расследует Вейля материалов, отмечает: “открытие замечательной чувствительностью к магнитному угол совершенно неожиданных явлений в этом новом классе материалов. Этот результат предполагает не только новых приложений ПМЕ Вейля в магнитное зондирование, но уникальное соединение электронного транспорта, хиральность и магнетизм”. Хиральность-это аспект электронов, связанных с их спином, что дает им либо левша или правша ориентации.
Открытие этого резким, но четко пика сопротивления, в конечном счете может быть использована инженерами в качестве новой парадигмы для магнитных датчиков. Примечания Checkelsky, “одним из замечательных вещей о фундаментальных открытий в области магнетизма потенциал для быстрого усыновления для новых технологий. С дизайном сейчас принципы в стороны, бросая широкую сеть, чтобы найти этот феномен в более надежные системы, чтобы разблокировать этот потенциал”.
Это исследование было частично поддержана Фондом Гордона и Бетти Мур и Национального научного фонда.
