자성 재료의 잠재력 발굴

작성자: 막스 플랑크 물질의 구조 및 역학 연구소2023년 2월 4일

자성 물질은 전기장이 반대 방향으로 바뀌는 두 개의 레이저 빔에 노출됩니다. 재료가 빛을 다시 산란시킵니다. 두 광선에서 산란된 빛의 강도 사이에 차이가 있으면 재료는 위상 위상에 있습니다. 출처: Jörg Harms, MPSD

토폴로지 위상은 전자 시스템에만 국한되지 않으며 마그논이라고 알려진 자기파를 특징으로 하는 자성 물질에도 존재할 수 있습니다. 과학자들은 마그논 전류를 생성하고 측정하는 방법을 개발했지만 아직 마그논 위상 위상을 직접 관찰하지는 못했습니다.

마그논은 음파가 공기를 통해 이동하는 방식과 유사하게 자기 질서를 교란하여 자성 물질을 통해 이동합니다. 그 순서는 특정 회전축을 공유하는 팽이의 집합으로 상상될 수 있습니다. 파도의 효과는 꼭대기가 회전하는 축을 약간 기울이는 것입니다.

위상학적 마그논 위상은 샘플 가장자리를 따라 마그논 전류를 전달할 수 있는 채널과 연관됩니다. 연구원들은 전류가 전자 장치에서 신호를 전송하는 데 사용되는 방식과 유사하게 이러한 에지 채널이 미래의 스핀트로닉스 장치에서 정보를 전달하는 데 활용될 수 있기를 희망합니다. 그러나 이러한 기술이 실현되기 전에 과학자들은 자기 위상이 위상학적인지 여부를 검증할 수 있는 방법을 찾아야 합니다.

The transatlantic research team studied a class of magnetic materials structurally similar to grapheneGraphene is an allotrope of carbon in the form of a single layer of atoms in a two-dimensional hexagonal lattice in which one atom forms each vertex. It is the basic structural element of other allotropes of carbon, including graphite, charcoal, carbon nanotubes, and fullerenes. In proportion to its thickness, it is about 100 times stronger than the strongest steel." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 그래핀을 오른쪽 또는 왼쪽 편광으로 레이저 광에 노출시켰는데, 여기서 레이저의 전기장은 레이저 빔 축을 중심으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전합니다. 연구진은 물질에서 산란된 빛을 분석하여 두 편광에 대해 산란 강도가 다른 경우 물질이 위상 위상에 있음을 보여주었습니다. 반대로, 산란광 강도에 차이가 없으면 재료가 위상 위상에 있지 않은 것입니다. 산란된 빛의 특성은 이러한 자성 물질의 위상 위상을 명확하게 나타내는 역할을 합니다.

이 기술은 배포하기 쉽고 다른 준입자로도 확장될 수 있다고 수석 저자인 Emil Viñas Boström은 말합니다. "라만 산란은 많은 실험실에서 사용할 수 있는 표준 실험 기술이며, 이는 이 제안의 강점 중 하나입니다. 또한, 우리의 결과는 매우 일반적이며 포논, 엑시톤 또는 광자로 구성된 다른 유형의 시스템에도 동일하게 적용됩니다."

장기적으로 마그논을 사용하면 훨씬 낮은 에너지 소비로 더욱 지속 가능한 기술 장치를 만들 수 있을 것으로 기대됩니다. "토폴로지 마그논 전류를 활용하면 잠재적으로 전자 장치에 비해 미래 장치의 에너지 소비를 약 1,000배 줄일 수 있습니다. 하지만 그 지점에 도달하기까지는 해결해야 할 문제가 많이 있습니다."라고 Viñas Boström은 말합니다.

Reference: "Direct Optical Probe of Magnon Topology in Two-Dimensional Quantum Magnets" by Emil Viñas Boström, Tahereh Sadat Parvini, James W. McIver, Angel Rubio, Silvia Viola Kusminskiy and Michael A. Sentef, 13 January 2023, Physical Review LettersPhysical Review Letters (PRL) is a peer-reviewed scientific journal published by the American Physical Society. It is one of the most prestigious and influential journals in physics, with a high impact factor and a reputation for publishing groundbreaking research in all areas of physics, from particle physics to condensed matter physics and beyond. PRL is known for its rigorous standards and short article format, with a maximum length of four pages, making it an important venue for rapid communication of new findings and ideas in the physics community." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"Physical Review Letters.DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.026701/p>