В статье обсуждается связь между топологией, симметрией и магнетизмом на уровне, подходящем для аспирантов, изучающих физику, химию и материаловедение, и имеющих базовые знания по физике конденсированных сред.
Магнитные топологические материалы представляют собой класс соединений, на свойства которых сильно влияет топология электронных волновых функций в сочетании с их спиновой конфигурацией. Топология — это простая концепция, имеющая дело с поверхностями объектов. Топология математической структуры идентична, если она сохраняется при непрерывной деформации. К примеру, блин имеет ту же топологию, что и куб, а пончик — что и кофейная чашка, крендель — как и доска с тремя отверстиями. Добавление спина предлагает дополнительную структуру для реализации новых состояний материи, неизвестных в немагнитных материалах. Магнитные топологические материалы могут поддерживать киральные каналы электронов и спинов, а также могут использоваться для решения множества задач — от хранения информации, управления бездиссипативным спином и переносом заряда, до гигантских откликов на внешние раздражители, такие как температура и свет.
В обзоре обобщен теоретический и экспериментальный прогресс, достигнутый в области магнитных топологических материалов, начиная с теоретического предсказания квантового аномального эффекта Холла без уровней Ландау, и заканчивая недавними открытиями магнитных полуметаллов Вейля и антиферромагнитных топологических изоляторов. В нем также описан недавний теоретический прогресс, который привел к составлению таблиц всех представлений групп магнитной симметрии и топологии. В результате все известные магнитные материалы, включая будущие открытия, могут быть полностью охарактеризованы их топологическими свойствами.
Идентификация материалов для конкретного технологического применения (например, зал квантовых аномалий) проста. Используя этот подход, магнитные топологические материалы с температурами магнитного перехода выше комнатной температуры могут быть идентифицированы — или, при необходимости — разработаны для классических устройств, таких как термоэлектрические устройства, датчики Холла или эффективные катализаторы.
По словам исследователя Хаима Бейденкопфа, квантовый компьютер является сегодня самым захватывающим направлением в науке.
«Моя главная цель — разработка материала, демонстрирующего высокотемпературную квантовую аномалию Холла, посредством квантового удержания магнитного полуметалла Вейля и его интеграция в квантовые устройства», — отметил исследователь.
Читать далее
Самое большое генеалогическое древо человечества показало историю нашего вида
Ученые поняли, почему тектонические плиты поднимаются и растут по мере таяния ледников