Результаты исследования, опубликованные в Связь с природой 30 октября было обнаружено, что магнитные свойства FeSn обусловлены локализованными электронами, а не подвижными электронами, о которых ранее думали ученые. Это открытие бросает вызов существующим теориям о магнетизме металлов кагоме, в которых предполагалось, что блуждающие электроны управляют магнитным поведением. Открывая новый взгляд на магнетизм, работа исследовательской группы может помочь в разработке материалов с особыми свойствами для применения в передовых технологиях, таких как квантовые вычисления и сверхпроводники.

"Ожидается, что эта работа будет стимулировать дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования новых свойств квантовых материалов, углубляя наше понимание этих загадочных материалов и их потенциальных применений в реальном мире", - сказал Йи, доцент кафедры физики и астрономии и старший научный сотрудник Академии Райса.

Используя передовую технологию, сочетающую молекулярно-лучевую эпитаксию и фотоэмиссионную спектроскопию с угловым разрешением, исследователи создали высококачественные тонкие пленки FeSn и проанализировали их электронную структуру. Они обнаружили, что даже при повышенных температурах плоские полосы кагоме остаются расщепленными, что свидетельствует о том, что локализованные электроны управляют магнетизмом в материале. Этот эффект электронной корреляции добавляет новый уровень сложности к пониманию того, как поведение электронов влияет на магнитные свойства магнитов кагоме.

Исследование также показало, что некоторые электронные орбитали демонстрируют более сильные взаимодействия, чем другие, - явление, известное как селективная перенормировка зон, ранее наблюдавшееся в сверхпроводниках на основе железа, - что позволяет по-новому взглянуть на то, как электронные взаимодействия влияют на поведение магнитов кагоме.

"Наше исследование подчеркивает сложную взаимосвязь между магнетизмом и электронными корреляциями в магнитах кагоме и предполагает, что этими эффектами нельзя пренебрегать при формировании их общего поведения", - сказал Рен, младший научный сотрудник Академии Райса.

Помимо углубления понимания FeSn, исследование имеет более широкое значение для материалов с аналогичными свойствами. Понимание плоских полос и электронных корреляций может повлиять на разработку новых технологий, таких как высокотемпературные сверхпроводники и топологические квантовые вычисления, где взаимодействие магнетизма и топологических плоских полос генерирует квантовые состояния, которые могут быть использованы в качестве квантовых логических элементов.

В состав исследователей Rice, участвовавших в этом исследовании, входят докторанты факультета физики и астрономии Цзяньвэй Хуан, Ананья Бисвас, Ичэнь Чжан, Яофэн Се, Цзыцинь Юэ, Лей Чен, Фан Се, Кевин Аллен, Хан Ву и Цируй Рен; Дзюнъитиро Коно, профессор инженерных наук Карла Ф. Хассельмана и директор по научной работе университета. из Института Смолли-Керла; Эмилия Моросан, профессор физики и астрономии, химии, материаловедения и наноинженерии; Чимиао Си, Гарри К. и Ольга К. Профессор физики и астрономии Висс; и Пенгчен Дай, профессор физики и астрономии Сэм и Хелен Уорден.

В число сотрудников со всего мира входят Хэнксин Тан и Бинхай Ян из отдела физики конденсированных сред Научного института Вейцмана; Аки Пулккинен и Ян Минар из Исследовательского центра новых технологий Западночешского университета; Анил Раджапитамахуни, Асиш К. Кунду и Элио Весково из Национального синхротронного источника света II Брукхейвенской национальной лаборатории; и Цзянь-Синь Чжу из теоретического отдела и Центра интегрированных нанотехнологий Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Это исследование было поддержано Министерством энергетики США, Фондом Роберта А. Уэлча, инициативой EPiQS Фонда Гордона и Бетти Мур, Академией стипендиатов Райс, Управлением научных исследований ВВС и стипендией факультета Ванневара Буша.