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Kagome metal

En física del estado sólido , el metal kagome o imán kagome es un tipo de material cuántico ferromagnético . La red atómica en un imán kagome tiene triángulos superpuestos en capas y grandes huecos hexagonales , similares al patrón kagome en el tejido de cestas japonés tradicional . [1] [2] [3] [4] Esta geometría induce una estructura de banda electrónica plana con cruces de Dirac, en la que la dinámica de los electrones de baja energía se correlaciona fuertemente . [5]

Los electrones en un metal kagome experimentan un "primo tridimensional del efecto Hall cuántico ": los efectos magnéticos requieren que los electrones fluyan alrededor de los triángulos kagome , similar a la superconductividad . [5] Este fenómeno ocurre en muchos materiales a bajas temperaturas y alto campo externo, pero, a diferencia de la superconductividad, se conocen materiales en los que el efecto permanece en condiciones estándar . [5] [6]

El primer imán de kagome de campo externo evanescente y a temperatura ambiente descubierto fue el intermetálico Fe 3 Sn 2 , como se mostró en 2011. [7] Desde entonces se han encontrado muchos otros. Los imanes de kagome se presentan en una variedad de estructuras cristalinas y magnéticas, generalmente con una red kagome de metal de transición 3 d con un período en el plano de ~5,5 Å. Los ejemplos incluyen antiferromagnético Mn 3 Sn , paramagnético CoSn , ferrimagnético TbMn 6 Sn 6 , ferromagnético duro (y semimetal de Weyl ) Co 3 Sn 2 S 2 y ferromagnético blando Fe 3 Sn 2 . Hasta 2019, todos los materiales kagome conocidos contenían el elemento pesado estaño , que tiene un fuerte acoplamiento espín-órbita , pero los materiales kagome potenciales en estudio (a partir de 2019) incluían el semimetal Weyl dopado magnéticamente Co2MnGa , [ 8 ] y la clase AV3Sb5 ( A = Cs , Rb , K ). [9] Aunque la mayoría de las investigaciones sobre imanes kagome se han realizado sobre Fe3Sn2 , desde entonces se ha descubierto que FeSn de hecho exhibe una estructura mucho más cercana a la red kagome ideal. [10]

Una red de Kagome alberga fermiones de Dirac masivos , curvatura de Berry, brechas de banda y actividad de espín-órbita , todos los cuales son propicios para el efecto Hall y corrientes eléctricas de pérdida de energía cero. [6] [11] [12] Estos comportamientos son prometedores para el desarrollo de tecnologías en computación cuántica, superconductores de espín y electrónica de baja potencia. [5] [6]   CsV3Sb5 en particular exhibe numerosas propiedades exóticas, incluyendo superconductividad, [13] estados topológicos y más. [ vago ] [14] [15] [16] [ 17] Se han encontrado burbujas skyrmionicas magnéticas en metales de Kagome en un amplio rango de temperaturas. Por ejemplo, se observaron en Fe3Sn2 a ~ 200-600 K usando LTEM pero con un campo crítico alto ~0.8 T. [ 18]

Véase también

Referencias

  1. ^ Yin Jia-Xin (2018). "Ajustabilidad de giro-órbita de muchos cuerpos gigantes y anisotrópicos en un imán de kagome fuertemente correlacionado". Nature . 562 (7725): 91–95. arXiv : 1810.00218 . Bibcode :2018Natur.562...91Y. doi :10.1038/s41586-018-0502-7. PMID  30209398. S2CID  205570556.
  2. ^ Li Yangmu (2019). "Control del campo magnético de la respuesta electrónica topológica cerca de la temperatura ambiente en imanes Kagome correlacionados". Physical Review Letters . 123 (19): 196604. arXiv : 1907.04948 . Código Bibliográfico :2019PhRvL.123s6604L. doi :10.1103/PhysRevLett.123.196604. PMID  31765205. S2CID  195886324.
  3. ^ Khadka, Durga (2020). " Efectos Hall y Nernst anómalos en películas epitaxiales del imán de Kagome topológico Fe3Sn2 " . Physical Review Materials . 4 (8): 084203. arXiv : 2008.02202 . Código Bibliográfico : 2020PhRvM...4h4203K. doi : 10.1103/PhysRevMaterials.4.084203. S2CID  220968766.
  4. ^ Yin Jia-Xin (2021). "Investigación de la materia cuántica topológica con microscopía de efecto túnel". Nature Reviews Physics . 3 (4): 249–263. arXiv : 2103.08646 . Código Bibliográfico :2021NatRP...3..249Y. doi :10.1038/s42254-021-00293-7. S2CID  232240545.
  5. ^ abcd Jennifer Chu (19 de marzo de 2018), "Los físicos descubren nuevo material electrónico cuántico", MIT News , Instituto Tecnológico de Massachusetts
  6. ^ abc "La estructura electrónica de un material "Kagome"". ALS . 2018-06-15 . Consultado el 2020-04-17 .
  7. ^ Kida T (2011). "El efecto Hall anómalo gigante en el ferromagnético Fe 3 Sn 2 —un metal de Kagome frustrado". J. Phys.: Condens. Matter . 23 (11): 112205. arXiv : 0911.0289 . Bibcode :2011JPCM...23k2205K. doi :10.1088/0953-8984/23/11/112205. PMID  21358031. S2CID  118834551.
  8. ^ "Lo mejor de dos mundos: magnetismo y semimetales de Weyl". phys.org . Septiembre de 2019 . Consultado el 17 de abril de 2020 .
  9. ^ Ortiz, Brenden R.; Gomes, Lídia C.; Morey, Jennifer R.; Winiarski, Michal; Bordelon, Mitchell; Mangum, John S.; Oswald, Iain W. H.; Rodriguez-Rivera, Jose A.; Neilson, James R.; Wilson, Stephen D.; Ertekin, Elif; McQueen, Tyrel M.; Toberer, Eric S. (16 de septiembre de 2019). "Nuevos materiales prototipo de kagome: descubrimiento de KV3Sb5 y CsV3Sb5". Physical Review Materials . 3 (9): 094407. doi : 10.1103/PhysRevMaterials.3.094407 . S2CID  204667182.
  10. ^ "Investigadores del MIT descubren la estructura electrónica del metal de Kagome "ideal"". MIT News . 12 de diciembre de 2019 . Consultado el 17 de abril de 2020 .
  11. ^ "Una nueva 'versión' de las redes de Kagome". phys.org . Consultado el 17 de abril de 2020 .
  12. ^ Ye, Linda; Chan Mun K.; McDonald, Ross D.; Graf, David; Kang Mingu; Liu Junwei; Suzuki Takehito; Comin, Riccardo; Fu Liang; Checkelsky, Joseph G. (25 de octubre de 2019). "Efecto de Haas-van Alphen de estados de Dirac correlacionados en el metal de Kagome Fe3Sn2". Nature Communications . 10 (1): 4870. arXiv : 1809.11159 . Bibcode :2019NatCo..10.4870Y. doi : 10.1038/s41467-019-12822-1 . ISSN  2041-1723. PMC 6814717 . PMID  31653866. 
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  15. ^ Guo Chunyu; Putzke, Carsten; Konyzheva, Sofía; Huang Xiangwei; Gutiérrez-Amigo, Martín; Errea, Ión; Chen Dong; Vergniory, Maia G.; Felser, Claudia; Fischer, Mark H.; Neupert, Tito; Moll, Philip JW (12 de octubre de 2022). "Transporte quiral conmutable en kagome metal CsV3Sb5 con carga ordenada". Naturaleza . 611 (7936): 461–466. arXiv : 2203.09593 . Código Bib :2022Natur.611..461G. doi :10.1038/s41586-022-05127-9. ISSN  1476-4687. PMC 9668744 . Número de modelo:  PMID36224393. 
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