Sciencemag.cz
Doporučujeme
Monopóly orbitálního momentu hybnosti (OAM, orbital angular momentum) jsou předmětem zájmu, protože nabízejí velké praktické výhody pro vznikající obor orbitroniky, potenciální energeticky účinnou alternativu tradiční elektroniky.
Klasická elektronika využívá k přenosu informace náboj elektronu, což má své nevýhody (spotřeba energie). Jednou z alternativ je spintrokika, nyní se k ní přidává právě orbitronika, tedy možnost využít pro kódování dat orbitálního momentu hybnosti (OAM) elektronů obíhajících kolem atomového jádra. Potenciálně by se tímto způsobem mohla generovat velká magnetizace při relativně malých nábojových proudech, což by vedlo k energeticky úsporným zařízením. Otázkou za je nyní identifikace vhodných materiálů pro generování toků OAM.
Mezinárodní výzkumný tým vedený vědci z Paul Scherrer Institute (PSI) a ústavů Maxe Plancka v Halle a Drážďanech nyní ukázal, že chirální topologické polokovy, nová třída materiálů objevená v PSI v roce 2019, mají vlastnosti, které z nich činí vysoce praktickou volbu pro generování proudů OAM. Při hledání vhodných materiálů pro orbitroniku již byly učiněny kroky vpřed s využitím konvenčních materiálů, jako je titan.
Chirální topologické polokovy mají šroubovicovou atomovou strukturu podobnou dvojité šroubovici DNA a ta by jim mohla přirozeně propůjčit vzory nebo textury OAM, které umožňují příslušný tok. „To nabízí významnou výhodu oproti jiným materiálům, protože k získání textur OAM není třeba aplikovat vnější podněty – jsou vnitřní vlastností materiálu,“ vysvětluje spoluautor studie Michael Schüler z PSI. „Což by dále mohlo usnadnit vytváření stabilních a účinných proudů OAM, aniž by k tomu bylo třeba zvláštních podmínek.“
Existuje jedna konkrétní struktura OAM, hypoteticky předpokládaná v chirálních topologických polokovech, která badatele zaujala: OAM monopóly. U těchto monopólů vyzařuje OAM ze středového bodu ven jako bodliny ježka stočeného do klubíčka (viz obrázek). Tyto monopóly jsou zajímavé tím že OAM je rovnoměrný ve všech směrech: tj. je izotropní. „To je velmi užitečná vlastnost, protože to znamená, že toky OAM mohou být generovány v jakémkoli směru,“ říká Schüler. Navzdory přitažlivosti OAM monopólů pro orbitroniku však až do této nejnovější studie zůstávaly teoretickým snem.
Jako metoda detekce takto vytvořených monopólů byla zvolena speciální spektroskopie – kruhový dichroismus v úhlově rozlišené fotoemisní spektroskopii (Circular Dichroism in Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy, CD-ARPES). Při ARPES dopadá na materiál světlo a vytrhává z něj elektrony. Úhly a energie těchto vyvržených elektronů odhalují informace o elektronické struktuře materiálu. Při CD-ARPES je dopadající světlo kruhově polarizované.
Schüler a jeho kolegové ve své studii zkoumali dva typy chirálních topologických polokovů na švýcarském světelném zdroji SLS: ty, které jsou vyrobeny z palladia a galia nebo platiny a galia. Nakonec bylo jejich pátrání úspěšné.
Díky schopnosti přesně vizualizovat monopóly OAM vědci dále ukázali, že polaritu monopólu – zda hroty OAM směřují dovnitř nebo ven – lze obrátit pomocí krystalu se zrcadlovou chiralitou. „To je velmi užitečná vlastnost, protože by bylo možné potenciálně vytvořit orbitronická zařízení s různou směrovostí,“ říká Schüler.
Controllable orbital angular momentum monopoles in chiral topological semimetals, Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02655-1
Zdroj: Paul Scherrer Institute / Phys.org
Poznámka: Ne že by se v tom člověk vyznal, ale třeba se s touto terminologií budeme setkávat stále častěji. A zvykneme si.
