Helmholtz Alman Tədqiqat Mərkəzləri Assosiasiyası tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Kobaltın müəyyən bir maqnit fəza qrupu üçün sıxlıq funksional nəzəriyyəsi (DFT) ilə yaradılan ekvivalent Fermi səthləri. Nəzəri nəticələr eksperimental tapıntılarla güclü keyfiyyət uyğunluğu göstərir. Kredit: Communications Materials (2026): DOI: 10.1038/s43246-026-01072-6

Kobalt elementi başqa heç bir sirri olmayan tipik bir ferromaqnit hesab olunur. Lakin, HZB tədqiqatçısı Dr. Jaime Sánchez-Barriganın rəhbərlik etdiyi beynəlxalq bir qrup artıq onun elektron quruluşunda mürəkkəb topoloji xüsusiyyətləri aşkar edib. BESSY II-də zolaq quruluşunun spin həlli ilə ölçülməsi (spin-ARPES), otaq temperaturunda belə, müəyyən kristalloqrafik istiqamətlərdə uzadılmış yollar boyunca bir-biri ilə kəsişən dolaşıq enerji zolaqlarını aşkar etdi. Nəticədə, kobalt yüksək dərəcədə tənzimlənən və gözlənilmədən zəngin bir topoloji platforma hesab edilə bilər və gələcək informasiya texnologiyalarında maqnit topoloji vəziyyətlərindən istifadə etmək üçün yeni perspektivlər açır.

Tədqiqatın nəticələri Communications Materials jurnalında dərc olunub .

Kobalt elementar ferromaqnitdir və onun xüsusiyyətləri və kristal quruluşu çoxdan məlumdur. Lakin, beynəlxalq bir qrup artıq kobaltın otaq temperaturunda möhkəm qalan gözlənilmədən zəngin topoloji elektron quruluşa malik olduğunu aşkar edib və bu, bu materialda kvant mürəkkəbliyinin təəccüblü yeni səviyyəsini ortaya çıxarıb.

Tədqiqata rəhbərlik edən HZB fiziki Dr. Jaime Sánchez-Barriga deyir: “Kobalt son 40 ildə ən çox tanış olan və geniş şəkildə öyrənilən ferromaqnit elementlərindən biridir və onun elektron quruluşunun yaxşı başa düşüldüyü düşünülürdü. Lakin, aşağı enerjili elektron davranışına hakim olan çoxsaylı keçidlərə və qovşaqlara malik topoloji cəhətdən maraqlı bir zolaq quruluşu tapırıq. Bu, bu elementar materialın fundamental xüsusiyyətləri haqqında mövcud anlayışımızı tamamilə dəyişdirir.”

BESSY II-də Spin-ARPES

Tədqiqatçılar BESSY II sinxrotron şüalanma mənbəyində spin və bucaq həlli ilə fotoemissiya spektroskopiyasından (spin-ARPES) istifadə edərək, maqnit düyün xətləri adlanan sıx bir şəbəkə – iki spin-polyarlaşdırılmış elektron vəziyyətinin enerji boşluğu açmadan davamlı olaraq kəsişdiyi topoloji zolaq kəsişmələrini aşkar etdilər. Bu kəsişmələr kristalın əsas hissəsinin içərisində impuls fəzasında geniş yollar əmələ gətirir və gələcək informasiya və spin əsaslı texnologiyalarda yeni cihaz funksiyalarının inkişafı üçün vacib olan sürətli, topoloji cəhətdən möhkəm yük daşıyıcılarına səbəb olur.

Kobaltdakı düyün xətlərinin əsas xüsusiyyəti, onların daxili spin-polyarizasiyasıdır. Zamanın geri çevrilmə simmetriyası pozulduğu üçün, düyün xətlərini təşkil edən elektron vəziyyətlər maqnitləşmə istiqamətini dəyişdirməklə tamamilə tərsinə çevrilə bilən xalis spin polyarizasiyasına malikdir. Bu, əlaqəli yük daşıyıcıları üzərində birbaşa maqnit nəzarəti təmin edir – qeyri-maqnit düyün xətti materiallarında tamamilə olmayan spintronik tətbiqlər üçün vacib bir tərkib hissəsidir.

Kobalt model sistemi kimi

Sançes-Barriqa izah edir ki, “Maqnit düyünlü xətlər təbiətdə nadirdir və əksər hallarda bu cür keçidləri sabitləşdirmək və ya idarə etmək olduqca çətindir. Buna görə də sadə elementar ferromaqnitdə çoxsaylı simmetriya ilə qorunan düyünlü xətlərin müşahidəsi olduqca gözlənilməzdir və kobaltı topologiya ilə maqnetizm arasındakı qarşılıqlı təsiri öyrənmək üçün model sistem kimi müəyyən edir.”

Eksperimental məlumatlar DFT-yə yaxşı uyğun gəlir

Eksperimental müşahidələr, Dr. Maia G. Vergniory-nin rəhbərlik etdiyi nəzəriyyə qrupu (Donostia Beynəlxalq Fizika Mərkəzi və Şerbruk Universiteti) tərəfindən aparılan sıxlıq funksional nəzəriyyəsinə əsaslanan birinci prinsip hesablamaları ilə dəstəklənir. Bu hesablamaların güclü proqnozlaşdırma gücü, hesablanmış toplu zolaq strukturundakı bütün düyün xətlərini bir anda müəyyən etmək qabiliyyətindədir.

Hesablamalar ölçmələrlə əla uyğunluq göstərir və kobaltdakı düyün xətlərinin ferromaqnetizmlə birləşdirilmiş kristal güzgü simmetriyaları ilə qorunduğunu təsdiqləyir. Əhəmiyyətli olan odur ki, spin-orbit birləşməsinin olması halında belə kəsişmələr boşluqsuz qalır.

Keçid mümkündür

Sançes-Barriqa izah edir ki, “Kristalın içərisində müəyyən istiqamətlərdə düyün xətləri elektronların sərbəst hərəkət edə biləcəyi Fermi enerjisi ilə kəsişir və kəsişir”.

“Bu keçidlərin yaxınlığında, materialdakı elektronlar işığın necə davrandığına bənzər kütləsiz, relyativistik hissəciklər kimi davranır və son dərəcə sürətlə hərəkət edə bilir. Bu, əvvəllər heç bir elementar ferromaqnitdə müşahidə olunmayan müstəsna bir davranışdır.”

“Bundan əlavə, maqnit sahəsinin istiqamətini dəyişdirməklə , kəsişmədə boşluq açmaq və ya boşluqsuz vəziyyətin unikal xüsusiyyətlərini qoruyarkən düyün xətlərinin fırlanma teksturasını tam idarə etmək mümkündür. Bu, praktik tətbiqlər üçün axtarılan açma-söndürmə funksiyasıdır.”

Texnoloji təsirlərindən əlavə, müəlliflər oxşar topoloji xüsusiyyətlərin digər elementar və keçid metal ferromaqnitlərində də mövcud ola biləcəyini və bu materiallarda ekzotik xüsusiyyətləri kəşf etmək üçün yeni imkanlar açdığını irəli sürürlər. Onlar həmçinin yüksək nüvə yükünə malik materiallarla interfeysləri öyrənmək və ya azaldılmış ölçülülüyün təsirlərini araşdırmaq kimi bu xüsusiyyətləri daha da idarə etməyin yollarını təklif edirlər.

Böyük öyrənmələr

Bu kəşf göstərir ki, ferromaqnit metallar haqqında hazırkı anlayışımız hələ tam deyil. Bu kəşf göstərir ki, hətta ən tanış maqnit materialları belə gizli, qeyri-adi kvant vəziyyətlərinə sahib olmaqla bizi təəccübləndirə bilər və maqnetizm, maddənin topoloji vəziyyətləri və onların həyəcanlanmaları sahəsində tədqiqatlar üçün yeni maraqlı istiqamətlər ortaya qoyur.

Nəşr detalları

OJ Clark və digərləri, Elementar ferromaqnitdə maqnit düyün xətlərinin manifoldu, Communications Materials (2026). DOI: 10.1038/s43246-026-01072-6

Jurnal məlumatları: Kommunikasiya materialları 

Əsas anlayışlar

kobaltElektron quruluşMaqnetizmMaddənin topoloji fazalarıKristal sistemlərTopoloji materiallar

Helmholtz Alman Tədqiqat Mərkəzləri Assosiasiyası tərəfindən təmin edilir