Создание и контроль скирмионов при комнатной температуре в 2D материалах

Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS) впервые в мире создал и контролировал скирмионы при комнатной температуре в двумерных (2D) материалах. Это достижение снижает энергопотребление по сравнению с традиционными трехмерными (3D) системами, одновременно максимизируя квантовые эффекты, что делает его основной технологией для разработки квантовых компьютеров, работающих при комнатной температуре, и полупроводников с искусственным интеллектом. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials. В эксперименте скирмионы создавались путем приложения очень тонкого напряжения и магнитного поля к поверхности магнита и далее перемещались в нужном направлении с помощью тока. Результаты эксперимента показали, что энергопотребление на управление скирмионами в 2D составило примерно 1/1000 от такового в 3D, а их размер уменьшился более чем в десять раз, что обеспечило значительные преимущества с точки зрения стабильности и скорости.

Впервые обнаружена собственная магнитная структура в решетке кагоме

Совместная исследовательская группа из Китая недавно впервые наблюдала внутренние магнитные структуры в решетке кагоме, используя высокочувствительную систему магнитно-силовой микроскопии (MFM) установки постоянного сильного магнитного поля (SHMFF), а также спектроскопию электронного парамагнитного резонанса и микромагнитное моделирование. Результаты исследования были опубликованы в журнале Advanced Science 19 августа. Эксперименты при переменной температуре показали, что магнитная реконструкция в монокристаллах Fe₃Sn₂ происходит посредством фазового перехода второго рода или слабого фазового перехода первого рода, что пересматривает более ранние предположения о переходе первого рода. Это открытие также переопределило низкотемпературное основное магнитное состояние как плоскостное ферромагнитное состояние, что противоречит предыдущим сообщениям о состоянии спинового стекла. Количественные данные MFM показали, что значительные внеплоскостные магнитные компоненты сохраняются при низких температурах. Используя модель Кейна-Меле, команда объяснила открытие щели Дирака при низких температурах, тем самым отвергнув предыдущие гипотезы о наличии скирмионов в этих условиях.

Настраиваемые квантовые аномальные эффекты Холла в ферромагнитных гетероструктурах Ван-дер-Ваальса

Посредством систематических расчетов исследовательская группа физиков предсказывает, что квантовый аномальный эффект Холла (QAHE), индуцированный как плоскостной, так и внеплоскостной намагниченностью, может быть достигнут в рамках единой материальной системы, состоящей из связанных монослоев Ван-дер-Ваальса Bi и MnBi₂Te₄. Применяя деформацию, магнитное поле или скручивая материалы, можно вызвать значительные изменения в магнитных и топологических свойствах системы, что приводит к легко настраиваемым состояниям QAHE. Это исследование не только обеспечивает практическую материальную платформу для топологической электроники, но и открывает новые пути для дальнейшего экспериментального и теоретического исследования квантового аномального эффекта Холла.

Универсальная генерация фототока в твердых телах с помощью линейно поляризованного лазера

Продемонстрировано, что одноцветная установка с круговой поляризацией порождает фототок в полуметалле Вейля независимо от лежащей в его основе симметрии и структурных деталей. Использование интенсивного лазерного импульса открывает фототок, зависящий от спиральности, который также настраивается в зависимости от эллиптичности света. Выделенный метод генерации фототока демонстрирует чувствительность к амплитуде, фазе и спиральности циркулярно поляризованного света. Кроме того, когда эллиптичность света переходит от круговой к линейной, фототок постепенно уменьшается до нуля. Преимущества этого нового подхода многочисленны. Во-первых, он генерирует универсальный фототок как в топологических, так и в нетопологических материалах. Во-вторых, его можно настроить, настроив угол между плоскостями поляризации и соотношение амплитуд двух источников света. В-третьих, его можно дополнительно настроить, введя временную задержку между двумя вспышками света.

Спектральная асимметрия вызывает возвратный квантовый эффект Холла в топологическом изоляторе

Физики-экспериментаторы и теоретики из Вюрцбургского института топологических изоляторов наблюдали возвратный квантовый эффект Холла в устройстве из теллурида ртути и идентифицировали его как признак аномалии четности. В устройстве из теллурида ртути электроны на верхней и нижней поверхностях ведут себя как релятивистские частицы Дирака, которые (как предсказано) должны подвергаться так называемой аномалии четности. В твердотельных экспериментах аномалия четности приводит к эффекту, называемому спектральной асимметрией, который можно измерить как необычное изменение электрического сопротивления.

Теоретическое описание индуцированных светом топологических состояний

Топологические материалы, обладающие определенной симметрией на атомном уровне, в том числе топологические изоляторы и топологические полуметаллы, вызвали восхищение у многих ученых, изучающих конденсированные состояния, из-за их сложных электронных свойств. Теперь исследователи в Японии продемонстрировали, что обычный полупроводник может быть преобразован в топологический полуметалл с помощью светового облучения. Кроме того, они показали, как спин-зависимые реакции могут проявляться при освещении лазерным светом с круговой поляризацией. Опубликовано в Physical Review B, эта работа исследует возможность создания топологических полуметаллов и проявления новых физических свойств с помощью управления светом, что может открыть богатые физические границы для топологических свойств.

Прямое обнаружение топологического фазового перехода по смене знака диполя кривизны Берри

Исследователи из Института фундаментальных исследований Тата, Индийского технологического института и Центра перспективных научных исследований имени Джавахарлала Неру уже более трех лет изучают настраиваемые свойства скрученного двойного двухслойного графена. В своем последнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics, они смогли напрямую обнаружить топологический переход в муаровой сверхрешетке, контролируя изменение знака диполя кривизны Берри.

Сдвиг точки Дирака в замещенных топологических изоляторах или уровень Ферми в “песочных часах”

Топологические изоляторы – материалы, в которых поверхностные электронные состояния образуют конусы Дирака – линейные дисперсионные зависимости, внешне напоминающие песочные часы. Наиболее интересной ситуацией является состояние, при котором уровень Ферми проходит через “горловину” этих  “песочных часов” – точку Дирака. В этом случае кристалл нельзя отнести ни к изоляторам (поскольку нет запрещенной зоны), ни к металлам (поскольку в точке Дирака плотность состояний обращается в ноль). Если же такой материал проявляет еще и магнитные свойства, то возникает целый букет физических эффектов: квантовый аномальный эффект Холла, состояние аксионного изолятора, топологическое сверхпроводящее состояние и т.п.