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科学家发现首个低于尼尔温度的反铁磁拓扑量子材料
2019-12-21 15:14:11 来源：前瞻网 阅读量：4.86万
科学家们发现了一种具有内在磁性和拓扑特性的新型块状量子材料。这种新材料被称为锰-碲化铋(MnBi2Te4)，在反铁磁自旋电子学和量子技术中极具应用前景。
量子材料是世界范围内不同科学领域的研究热点。这类材料似乎越来越复杂，并具有丰富的物理现象，如磁性、超导性或拓扑结构，因此在促进信息处理、传感器、计算等领域的技术进步极有希望。在德累斯顿理工大学，量子材料研究也扮演着重要的角色。随着ct.qmat 精英研究集群的建立，该领域获得了更大的影响。ct.qmat是指Julius-Maximilians-University Würzburg量子材料的复杂性和拓扑结构。
量子材料的非凡性质通常需要特殊的、难以达到的条件，如低温、极强的磁场或高压。因此，科学家们正在寻找即使在室温、没有外部磁场和正常大气压下也能显示其奇异特性的材料。特别有前途的是所谓的磁拓扑绝缘体 (MTI)。它们被认为是新型准粒子和前所未有的量子现象的来源，但它们的实验实现非常具有挑战性。
Anna Isaeva博士是精英集群的副成员。德累斯顿大学和莱布尼茨固体与材料研究所(IFW)量子材料的合成和晶体生长的初级教授。她和团队一起，在化学、物理和晶体学的层面上识别新量子材料。
在20多个研究机构40多位科学家的大型国际合作中，Isaeva博士的团队对发现一种新的、有前途的量子材料方面做出了重大贡献。德累斯顿大学的科学家们与莱布尼茨固体与材料研究所的Alexander Zeugner博士一起，为第一种本质上具有磁性的拓扑材料——锰-碲化铋(MnBi2Te4)——开发了第一种晶体生长技术，并对这些晶体的物理性质进行了表征。在西班牙多诺斯提亚国际物理中心的理论和维尔茨堡大学的光谱实验中，合作研究证明了MnBi2Te4是第一个低于尼尔温度的反铁磁拓扑绝缘体(AFMTI)。
这一发现对科学界的意义是巨大的:MTI晶体表面有一种边缘状态，即使没有外部磁场也可以实现霍尔的量子化电导率。另外，AFMTI的制备为反铁磁自旋电子学的蓬勃发展做出了重要贡献。磁性范德华材料的新研究领域也将受益于新型二维铁磁体。
Isaeva博士的团队已经进一步优化了新材料的合成方案，使得MnBi2Te4单晶的生产更加容易。世界各地的研究团队都加入了MnBi2Te4中磁性和拓扑结构相互作用的研究。最近的研究表明，MnBi2Te4的结构衍生物更多，与MTI相关。
“我们见证了一个新的磁拓扑绝缘体家族的出现，它依赖于固有磁化而不是磁掺杂方法。”世界各地的团队之间存在着激烈的竞争，这也引发了有关这一主题的大量新出版物。” Isaeva博士提到了她自己团队即将发表的三篇文章。
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