Los físicos han descubierto un nuevo estado cuántico en la materia del panal

La colosal resistencia magnética es de gran importancia fundamental y tecnológica. Se encuentra principalmente en manganeso y algunos otros materiales. Se asocia tradicionalmente con la polarización de espín inducida por campos que reduce significativamente la dispersión de espín y la resistencia eléctrica.

El Mn3Si2Te6 ferrimagnético es una excepción interesante a esta regla: exhibe una disminución de siete órdenes de orden en la resistencia del nivel AB que solo ocurre cuando se evita la polarización magnética.

La conductividad eléctrica de Mn3Si2Te6 ahora se ha incrementado mil millones de veces gracias al descubrimiento de nuevas corrientes toroidales que fluyen alrededor de los bordes de las celdas octaédricas. El descubrimiento por parte de un grupo de físicos, incluidos dos investigadores de Georgia Tech, de que este nuevo estado cuántico podría conducir a un nuevo paradigma para dispositivos cuánticos y superconductores.

Anteriormente, a los científicos se les ocurrió la misma sustancia. Sin embargo, no se ajustaba a ningún modelo preexistente. Por lo tanto, los científicos de este estudio desarrollaron nuevos conocimientos sobre su comprensión, lo que les ayudó a estudiar materiales relacionados que podrían usarse para la próxima generación de dispositivos de campo magnético.

Mn3Si2Te6 ha atraído el interés de los científicos debido a sus propiedades eléctricas únicas. En particular, tiene una propiedad llamada magnetorresistencia colosal, que es una mejora extrema en la conductividad eléctrica de un material cuando se aplica un campo magnético.

Luego, los científicos se propusieron comprender por qué el cambio drástico en la conductividad solo ocurre cuando se aplica un campo magnético perpendicular a la superficie del panal del material.

Itamar Kimchi, físico teórico de Georgia Tech Él dijoY «Nuestra idea parecía prometedora. Desafortunadamente, pronto nos dimos cuenta de que las corrientes entre los iones magnéticos de manganeso estarían prohibidas por la simetría, lo cual fue frustrante. Sin embargo, luego analizamos la simetría de los iones de telurio ordenados octaédricos, y para ellos, las corrientes estaban permitidas por simetría y podría tener éxito!”

El material parece una serie de panales bidimensionales desde arriba. Por un lado, consta de láminas de panal. Dentro de cada hoja, los electrones pueden moverse en trayectorias circulares alrededor de cada celda octaédrica. El extraño comportamiento de la materia se debe a estas corrientes circulares toroidales que fluyen.

Los electrones por sí mismos se mueven en sentido antihorario y horario alrededor de las celdas del panal. Al igual que el tráfico desordenado, los «atascos de tráfico» en los materiales dificultan el paso rápido de los electrones. El material se comporta como un aislante, sin forma de agilizar el tráfico.

Pero cuando se aplica un campo magnético perpendicular a una superficie similar a un panal, se crea un «flujo de tráfico». Esto hace que los electrones se muevan alrededor de los anillos más rápidamente.

Entonces, el material se comporta como un conductor y muestra un aumento en la conductividad de siete órdenes de magnitud, o un mil millones por ciento.

Las corrientes eléctricas aplicadas a un material también pueden cambiarlo de aislante a conductor, aunque este proceso lleva más tiempo. La transición de un aislador a un conductor puede ocurrir instantáneamente o tomar minutos.

El equipo de investigación espera que la sensibilidad del material a las corrientes, la capacidad de ajuste y el cambio de forma más lento conduzcan a nuevos desarrollos en el campo de los dispositivos cuánticos actualmente controlados, que incluyen todo, desde sensores hasta computadoras y comunicaciones seguras.

Los científicos esperan comprender qué hace que este material sea especial y los componentes microscópicos necesarios para que los materiales relacionados se conviertan en tecnologías cuánticas útiles en el futuro.

Referencia de la revista:

1. Zhang, Y., Ni, Y., Zhao, H. et al. Control de corrientes orbitales espirales en un material ferromagnético. Naturaleza 611, 467-472 (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05262-3