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科学家在拓扑材料中发现了不寻常的行为

发布时间:2019-02-24 10:57:08 来源:

阿贡科学家已经确定了一类新的拓扑材料,它是通过将过渡金属原子插入众所周知的二维材料的原子晶格中而制成的。

近年来,科学家们对一种新型材料产生了浓厚的兴趣,这种材料表现出一种不同寻常的分裂行为。这些被称为拓扑材料的结构在其表面可以表现出与其体积不同的性质。这种行为引起了对对潜在电子和自旋电子应用感兴趣的新物质和技术人员感兴趣的科学家的注意。

在美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的一项新研究中,科学家们发现了一种新的拓扑材料,它是通过将过渡金属原子插入二硫化铌(NbS 2)的原子晶格中制成的,这是一种众所周知的二 -尺寸材料。他们发现CoNb 3 S 6是一种反铁磁性材料,具有极大的异常霍尔效应,这是材料拓扑特征的一个标志。

普通霍尔效应发生在所有电导体中。该效应本质上是电子在磁场中移动时所经历的力。“在每一种金属中,电子都会被垂直于它们的行进方向推动并垂直于施加的外部磁场,从而产生电压,”乔治梅森大学的助理教授Nirmal Ghimire和最近的阿贡导演的博士后研究员Nirmal Ghimire说道。该研究的第一作者。“如果材料本身是铁磁体,则额外的贡献叠加在普通的霍尔电压上;这被称为异常霍尔效应(AHE)。”

在这项研究中,Ghimire和他的同事研究了CoNb 3 S 6并发现了一些意想不到的东西:在适度磁场中的大型AHE。“在电子结构具有称为拓扑特征的特殊特性的材料中也可以找到AHE,”Ghimire说。“晶格中原子的结构在材料中产生对称性,导致产生拓扑带 - 电子所在的能量区域。在某些配置中,这些带可能导致特别大的AHE。”

根据计算和测量结果,Ghimire和他的同事们建议CoNb 3 S 6包含这些拓扑带。

“拓扑特征源于材料对称性的合并,以及将这些拓扑特征置于费米水平的正确电子浓度,这是零温度下可用的最高电子能态,”John Mitchell指出,临时Argonne材料科学部门主任和该研究的合着者。

“到目前为止,只有极少数材料显示出在费米水平附近具有必要的特征拓扑点,”米切尔说。“要找到更多,需要了解物理和化学材料。”

米切尔表示,这一发现可为未来广泛材料的发展铺平道路。“我们现在有一个设计规则来制作能够证明这些特性的材料,”他说。“CoNb 3 S 6是一大类分层二维材料的成员,因此这可能为新拓扑物质的大空间敞开大门。”

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