kagome晶格中自旋轨道耦合和拓扑自旋织构的新光源

像许多科学探索的目标一样，被称为戈薇磁铁的材料类被证明是沮丧和惊讶的来源。进一步揭示kagome磁体的量子特性被认为是基础物理学的主要挑战之一——无论是理论家还是实验家。一种不寻常的原子排列的基本几何学是这些材料价值的核心。Kagome晶格被描述为“角共享三角形”的交叉网络，它被认为是穿越电子的独特行为。它是研究量子电子状态的沃土，被描述为挫折、关联和拓扑。一个国际研究团队最近发表在《自然》杂志上的一项研究发现，戈薇铁磁体Fe3Sn2呈现出一种电子态，可以非常强地耦合到一个可以在三维空间任意方向旋转的磁场中。在量子尺度上，揭示了材料中“巨大的”磁化驱动的电子能量转换。

波士顿大学物理学教授表示，这种能量转移揭示了kagome晶格中自旋轨道耦合和拓扑自旋织构的存在，其中磁性和电子结构纠缠在一起，产生不寻常的——通常是以前未知的——自旋轨道活动。该报告的合著者王自强题为“强相关kagome磁体中的巨大和各向异性自旋轨道可调性”。“我们发现了两件事。第一件事是Fe3Sn2的电子态是向列型的，这是一种旋转对称性自发破坏的状态。电子在这种磁体中表现为液晶，这可能是由于强电子-电子相互作用，”王说。“我们发现的第二件事是，你可以通过施加磁场来调整磁结构，从而操纵和改变电子能量结构。”王，理论物理学家，在读研究生，博士。他们一直在研究由电子-电子相互作用、几何挫折和拓扑带结构的相互作用产生的新的量子电子状态。他们加入了首次注意到异常电子活动的实验伙伴。他们使用扫描隧道显微镜来研究材料。

该团队-包括来自不列颠哥伦比亚省、普林斯顿大学、中国科学院、人民大学和北京大学的研究人员-使用STM和矢量磁场工具来识别和探索戈薇铁磁体的自旋轨道耦合电子特征。同时对奇异现象进行建模和计算，为观察到的现象提供理论解释和理解。“我们的同事发现，通过改变磁场的方向，他们看到了电子状态的异常大的变化，”王说。“频带的移动——有带隙，电子不能存在的区域在量子力学中是被禁止的——这些区域可以通过施加的磁场进行很大的调整。”王老师说“波段变化”就是电子波段结构的变化。它根据磁场的方向扩大和缩小带隙。与普通材料相比，戈薇铁磁体显示出大约150倍的位移。检测电子量子力学波函数的干涉模式揭示了一致自发排列——电子关联的重要标志，导致材料中电子态的旋转对称破坏。

研究人员报告说，这些自旋驱动的巨大电子响应表明了潜在的相关磁拓扑阶段的可能性。该团队写道，kagome磁体的可调性揭示了外部施加的磁场和向列性质之间的强相互作用，为控制自旋轨道特性和探索拓扑或量子材料中的现象提供了一种新方法。王说，电特性的巨大磁场可调性有一天可能导致电子设备的潜在应用，如记忆和信息存储和传感技术。“这些结果令人兴奋的是实现了有用的潜力，”王说。“这是来自非常基础的物理学，但它可能有一天会连接到应用程序。我们不知道一切，但我们现在知道这是一种包含所有这些重要成分的材料。”

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