Liberando el potencial de los materiales magnéticos

Por Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia 4 de febrero de 2023

Un material magnético se expone a dos rayos láser cuyos campos eléctricos giran en direcciones opuestas. El material dispersa la luz. Si hay una diferencia entre la intensidad de la luz dispersada por los dos haces, el material está en una fase topológica. Crédito: Jörg Harms, MPSD

Las fases topológicas no se limitan a los sistemas electrónicos y también pueden existir en materiales magnéticos caracterizados por ondas magnéticas, conocidos como magnones. Si bien los científicos han desarrollado métodos para producir y medir corrientes magnónicas, todavía tienen que observar directamente una fase topológica magnónica.

Un magnón viaja a través de un material magnético alterando su orden magnético, de forma similar a como una onda de sonido viaja por el aire. Ese orden se puede imaginar como una colección de peonzas que comparten un eje de rotación particular. El efecto de la ola es inclinar ligeramente los ejes alrededor de los cuales giran las peonzas.

Una fase de magnón topológica está asociada con canales que pueden transportar una corriente de magnones a lo largo de los bordes de la muestra. Los investigadores tienen la esperanza de que dichos canales de borde puedan utilizarse para transportar información en futuros dispositivos de espintrónica, de forma análoga a cómo se utilizan las corrientes eléctricas para transmitir señales en dispositivos electrónicos. Sin embargo, antes de que se puedan realizar tales tecnologías, los científicos deben encontrar una forma de validar si una fase magnética es topológica o no.

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"}]"> grafeno y los expuso a la luz láser con polarización derecha o izquierda, donde el campo eléctrico del láser gira en sentido horario o antihorario alrededor del eje del rayo láser. Los investigadores analizaron la luz dispersada por el material y demostraron que, si la intensidad dispersada es diferente para las dos polarizaciones, el material se encuentra en una fase topológica. Por el contrario, si no hay diferencia en la intensidad de la luz dispersada, entonces el material no está en una fase topológica. Las propiedades de la luz dispersada actúan como indicadores claros de las fases topológicas en estos materiales magnéticos.

La técnica es fácil de implementar y también se puede extender a otras cuasipartículas, dice el autor principal Emil Viñas Boström: "La dispersión de Raman es una técnica experimental estándar disponible en muchos laboratorios, que es uno de los puntos fuertes de esta propuesta. Además, nuestra los resultados son bastante generales y se aplican igualmente bien a otros tipos de sistemas que consisten en fonones, excitones o fotones".

A largo plazo, se espera que los magnones se puedan utilizar para construir dispositivos tecnológicos más sostenibles con un consumo de energía mucho menor: "La utilización de corrientes de magnones topológicos podría reducir potencialmente el consumo de energía de los dispositivos futuros en un factor de aproximadamente 1000 en comparación con los dispositivos electrónicos". dispositivos, aunque hay muchos problemas por resolver hasta que lleguemos a ese punto", dice Viñas Boström.

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"}]">Cartas de revisión física. DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.026701