Rice Üniversitesi araştırmacılarının, YbMnBi₂ olarak adlandırılan bir bileşiğin içinde garip bir manyetik durum bulduğu ortaya çıktı. Araştırmaya göre malzeme, geleneksel manyetik düzen kaybolduktan sonra da yönünü koruyan spin dalgalanmalarını muhafaza ediyor. Bu bulgu, malzemenin dikkatleri üzerine çeken büyük anormal Hall etkisi ile davranışı arasındaki bağlantının daha önce gözden kaçırılmış olabileceğine işaret ediyor.
Araştırmacılar, bu keşfin malzeme hakkında uzun süredir sürmekte olan tartışmaları da aydınlatmaya yardımcı olduğunu belirtiyor. Malzemenin elektrik tepkisini açıklayan eski açıklamalardan biri, eğik manyetik spinlerle ilişkilendiriliyordu; ancak nötron deneyleri bunun yerine manganez spinlerinin temelde hizalı kaldığını ortaya koydu.
Spinler yönünü koruyor
Birçok manyetik malzeme, manyetik düzenlenme sıcaklığının üzerine ısıtıldığında organize olmuş spin yapısını kaybediyor. YbMnBi₂ ise daha farklı bir davranış sergiliyor: Uzun menzilli manyetik düzen solduktan sonra da manganez spinleri tercih ettikleri yönlerde dalgalanmaya devam ediyor. Bu durum, moleküller özgürce hareket edebildiği halde yönlerini koruyan sıvı kristallere benziyor.
Rice Üniversitesi fizikçisi Pengcheng Dai ve ekibi, bu durumu “manyetik sıvı kristal” olarak adlandırıyor. Yapılan ölçümler Oak Ridge Ulusal Laboratuvarının Yüksek Akı İzotop Reaktörü (HFIR) ve Spallation Nötron Kaynağı (SNS) kullanılarak gerçekleştirildi.
Birçok önerilen açıklama, manyetik spinlerin eğik olmasını gerektiriyor. Ancak ölçümlerimiz spinlerin temelde hizalı olduğunu gösterdi.
Yaofeng Xie, Rice Üniversitesi lisansüstü öğrencisi ve çalışmanın ilk yazarlarından
Sıvı toprak bileşeni tabloyu değiştiriyor
Araştırmacılar ardından manyetik sıvı toprak (ytterbium) bileşeninin kaldırılması durumunda ne olacağını test etti. Ytterbium yerine manyetik olmayan kalsiyumla değiştirilen CaMnBi₂ ile karşılaştırma yaptı. Kalsiyum esaslı malzemede yönünü koruyan spin dalgalanmaları kayboldu.
Bu karşılaştırma, ekibe ytterbiumun olağan dışı manyetik durumda anahtar rol oynadığına dair kanıt sağladı. Yapılan daha ileri ölçümler, bazı ytterbium iyonlarının da kendi manyetik momentlerini taşıdığını ortaya koydu.
Bu momentler uygulanan manyetik alana tepki verebiliyor ve manganez spinleriyle etkileşebiliyor. Ekibin hesaplamaları, bu etkileşimin elektronların YbMnBi₂ içinde nasıl hareket ettiğini de etkileyebileceğine işaret ediyor.
Hall etkisi için yeni yol
Hall etkisi normalde bir malzeme manyetik alan altında iken içinden akım aktığında yanal bir voltaj üretir. Manyetik malzemeler, dış alansız bile olsa buna benzer bir tepki oluşturabiliyor. YbMnBi₂ ise özellikle büyük boyutlu anormal Hall etkisi gösteriyor.
Araştırmacılar şimdi bu olağan dışı spin dalgalanmalarının, malzemenin neden böyle güçlü bir Hall tepkisi verdiğini açıklamaya yardımcı olabileceğini öne sürüyor. Önerdikleri model, ytterbium momentlerini yönünü degişken olarak dalgalayan manganez spinleriyle birbirine bağlıyor.
Kilit nokta şudur: ytterbium momentleri ve manganez spin dalgalanmaları birlikte çalışır. Bu etkileşim elektron hareketini değiştirebilir ve büyük Hall tepkisine katkıda bulunabilir.
Pengcheng Dai, Rice Üniversitesi fizikçisi
Bu yaklaşım araştırmacılara anormal Hall etkilerini incelemek için farklı bir yol sunuyor. Aynı zamanda manyetik düzensizliğin her zaman tamamen rastlantısallık anlamına gelmediğini de gösteriyor. YbMnBi₂ içinde spinler uzun menzilli düzenlerini kaybediyor ancak yön tercihlerini koruyor; bu kombinasyon, malzemenin geleneksel ısıtılmış bir magnetten çok sıvı kristale benzer davranan bir manyetik durum oluşturmasını sağlıyor.
Çalışma, Physical Review X adlı dergide yayımlandı.
Bu Gelişmeyi Toplulukta Değerlendirin
Haber hakkındaki düşüncelerinizi, donanım deneyimlerinizi ve teknik sorularınızı topluluk üyeleriyle anlık olarak tartışın.
Söz sizde.
Deneyiminizi, sorularınızı ve katkılarınızı paylaşın. E-posta adresiniz yayımlanmaz.