Sciencemag.cz
Doporučujeme
Exotické chování a zřejmě i nové (kvazi)částice se podařilo objevit v čipu z antiferomagnetické látky. Podle autorů studie by se mohlo jednat o topologický axionový izolátor, tedy stav, po němž vědci pátrali již dlouho.
Označení axiony odkazuje samozřejmě k hypotetickým částicím tvořícím (možná) temnou hmotu. Zde ovšem nejde o tento typ axionů (s vysokou energií), ale o příbuzné kvazičástice v pevných látkách, nízkoenergetické elektronické oscilace (poznámka PH: z toho vyplývá, že z hlediska kosmologie/astrofyziky jsou tyto axiony nepodstatné, najdeme je prostě jenom tam, kde je běžná hmota s nezvyklými elektrickými/elektromagnetickými vlastnostmi). Konkrétně zkoumaným materiálem byl telurid manganu a bismutu MnBi2Te4. O něm je již známo, že jde o antiferomagnetický topologický izolátor, nyní se v něm podařilo zachytit i Hallův jev. Autoři studie tento materiál pomocí lepicí pásky dokázali rozdělit na jednotlivé vrstvy tlusté cca atom (což nebyl zvláštní problém, protože látka má strukturu podobnou grafitu). Jako axionový izolant se pak chovaly struktury se sudým počtem vrstev (vloček) na sobě.
Hallův jev vzniká, když se elektrony zakřivují při pohybu podle vnějšího magnetického pole, tj. namísto pro gradientu napětí směřují do oblouku. Dochází k němu i ve feromagnetických materiálech, bez vnějšího magnetického pole, kupodivu však i v materiálech antiferomegnatických, tedy takových, kde se severní a jižní magnetické póly periodicky střídají (k tomu viz i výzkumy ve Fyzikálním ústavu AV ČR: Hallův jev v antiferomagnetech: Český objev urychlí vývoj spintroniky). Také v této studii se elektrony vychylovaly bez pomoci vnějšího magnetického pole, na horní a spodní vrstvě ale navíc na opačné strany; uvnitř materiálu proud neprocházel, to je právě podstata topologického izolátoru. Oba tyto směry zakřivení pohybu elektronů lze (současně) přetočit, studie ale má dokazovat, že to nejde udělat samostatně vnějším magnetickým ani elektrickým polem, ale musejí se použít obě současně.
Topologické axionové izolátory, pokud tedy tyto stavy opravdu existují a naučíme se s nimi zacházet, by mohly najít využití v elektronice. Topologický magnetoeletrický jev (zde definováno jako přeměna elektřiny na magnetismus nebo naopak bez ztráty energie) na bázi axionů by mohl přinést ultrarychlou a vysoce citlivou odezvu, tedy např. nové paměti nebo senzory/detektory.
Vedoucím výzkumného týmu byli Qiong Ma z Boston College a Suyang Xu z Harvard University, na studii se podílelo 36 vědců z univerzit v USA, Japonsku, Číně, Tchaj-wanu, Německu a Indii. Výsledky byly publikovány v Nature.
Layer Hall effect in a 2D topological axion antiferromagnet, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03679-w , www.nature.com/articles/s41586-021-03679-w
Zdroj: Boston College / Phys.org
