Altermagnets, der udviser momentumafhængig spinopdeling uden spin-orbit-kobling (SOC) eller netmagnetisering, har for nylig tiltrukket sig betydelig international opmærksomhed.
Et team ledet af professor Liu Junwei fra Institut for Fysik ved Hong Kong University of Science and Technology (HKUST), sammen med deres eksperimentelle samarbejdspartnere, offentliggjorde deres seneste forskningsresultater inden for Naturfysiksom afslørede den første eksperimentelle observation af en to-dimensionel lagdelt rum-temperatur altermagnet, validerede de teoretiske forudsigelser i Naturkommunikation Oprettet af professor Liu i 2021.
Realisering og kontrol af spin-polariserede elektroniske tilstande i faste stoffer er afgørende for spintronics til kodning og behandling af information. Spin -polarisering genereres typisk ved at koble en elektrons spin til andre frihedsgrader, såsom orbital eller magnetiske øjeblikke.
Dette kan involvere SOC, hvilket fører til momentumafhængig spin-opdeling i ikke-inversionssymmetriske krystaller (Rashba-CRESSELHAUS-effekten) eller tids-reverseringssymmetri, der bryder i ferromagneter, hvilket resulterer i momentumuafhængig Zeeman-type spin-splitting.
I deres forskningsundersøgelser foreslog professor Liu og andre forskere en ny mekanisme til spinopdeling i antiferromagnets, hvor sublattices forbundet med krystalsymmetri tillader udvekslingskobling at producere signifikant spin-splitting med unik C-parret spin-valley-låsning.
Denne effekt er uafhængig af SOC eller netmagnetisering, der kombinerer stabiliteten af antiferromagnetiske enheder med lang spin -levetid. Disse ukonventionelle antiferromagneter kaldes “altermagnets”, og deres opdagelse blev anerkendt som en af Videnskab‘s top 10 gennembrud på 2024.
På trods af omfattende teoretiske og eksperimentelle bestræbelser på at udforske ukonventionelle antiferromagnets baseret på nye materialer som α-MNTE, CRSB, MNTE2og Ruo2ingen opfylder kravene til symmetri og ledningsevne for ikke-relativistiske spin-konserverede spinstrømme på grund af altermagnetisme. De magnetiske sublattices af a-MNTE og CRSB har C₃-symmetri, hvilket fører til isotropisk ledningsevne og ikke-polariserede strømme.
I MNTE2spin er ikke konserveret på grund af dens ikke -koplanære magnetiske struktur, og dens lave kritiske temperatur (87 K) begrænser praktiske anvendelser. For Ruo2det forbliver kontroversielt, om dens jordtilstand er antiferromagnetisk eller ikke -magnetisk på trods af bevis for den anomale halleffekt og spinopdeling. Derudover er disse materialer ikke lagdelt, hvilket begrænser deres potentiale for eksfoliering og integration med andre materialer til at kontrollere egenskaber på mikroskopisk niveau.
Denne begrænsning hindrer udforskningen af effekter i 2D -materialer, såsom topologiske superledere via den superledende nærhedseffekt, indstillelige elektroniske egenskaber gennem port og moiré -superlattices.
Derfor er det vigtigt at undersøge lagdelte materialer i altermagnets for at udvikle spintroniske enheder med høj densitet, højhastighed og lavenergi-forbrug. Professor Lius observation af en to-dimensionel lagdelt rum-temperatur altermagnet, kaster nyt lys på dette område.
Baseret på teoretiske forudsigelser fra professor Lius team for V2Te2O og v2Se2O I 2021 demonstrerer dette arbejde realiseringen af C-parret spin-valley-låsning (SVL) i et lag, rumtemperatur antiferromagnet (AFM) sammensætning RB1-5V2Te2O ved hjælp af spin og vinkelopløst fotoemissionsspektroskopi (spin-arpes), scanning af tunnelmikroskopi/spektroskopi (STM/STS) og beregninger af førsteprincipper.
De vigtigste fund inkluderer den direkte observation af C-parret SVL gennem spin-arpes målinger, som afslører modsatte spin-polariseringsskilte mellem tilstødende X og Y-dale forbundet med krystalsymmetri C.
Temperaturafhængige ARPES-målinger viser SVL-stabilitet op til stuetemperatur, i overensstemmelse med AFM-faseovergangstemperaturen. Derudover bekræfter ARPES-målinger en stærk to-dimensionel karakter med ubetydelig spredning i KZ-retning, mens kvasi-partikelinterferensmønstre fra STM-kort afslører undertrykt intervalley-spredning på grund af spinudvælgelsesregler.
Professor Lius arbejde demonstrerer den første lagdelte rum-temperatur AFM-metal med vekslende magnetiske sublattices og en ny type spin-splittende effekt, hvilket giver en ideel platform til yderligere studier og anvendelser inden for spintronics og daltronik.
Det er vigtigt, at alle eksperimentelle resultater stemmer godt overens med beregninger af førsteprincipper, forstærker tilliden til det teoretiske arbejde og antyder potentiel adgang til spin-konserverede strømme og ukonventionel piezomagnetisme.
Lignende spin-dalle-låsning er også blevet observeret i K-intercaleret V2Se2O, yderligere validering af professor Lius teoretiske forudsigelser i 2021.