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研究发现磁性材料可以容纳狡猾的Weyl费米子

2019-07-07    

  由能源部橡树岭国家实验室和田纳西大学领导的科学家小组进行的中子和X射线研究显示,磁性晶体结构中可能存在难以捉摸的无质量粒子。

  在Nature Communications发表的一篇论文中,研究小组研究了一种含有致密元素锇的材料香港马会开奖资料并记录了Weyl费米子存在所需的两个条件 - 在1929年预测的无质量粒子,并在2015年首次实验观察。研究人员正在寻找其他可以承载粒子的材料,目的是利用其在自旋电子学和量子计算机等高级计算应用中的独特属性。

  “一旦你拥有了一种载有这些粒子的物质,它们就像电子一样,但由于它们没有质量,因此行进得更快,”ORNL的团队研究的第一作者Stuart Calder说。“由于所有电子产品都是以电子为基础,如果用这些Weyl费米子代替电子,原则上你可以拥有更快的器件。”

  科学家们在ORNL的DOE科学用户设施办公室High Flux Isotope Reactor进行了中子衍射研究,以明确定义具有烧绿石晶体结构的锇基材料的磁性顺序。他们发现它具有“全进,全出”的磁性顺序 - 这种材料含有Weyl费米子的两个要求之一。

  “它描述了电子的旋转以及它们如何排列; 他们都指向中心或他们都指出,“考尔德说。“中子是确定磁结构的标准和最佳方法。这些材料中的磁峰很弱,因为它们的旋转尺寸较小,所以你必须使用像我们这里看到的那样的仪器。“

  第二个标准是强自旋 - 轨道耦合,即所有原子的特性,它描述了电子的自旋及其在原子周围的运动是如何相互联系的。通常,具有更多电子的较大原子表现出更强的自旋轨道效应。但是这种材料中的锇虽然是一种重且致密的元素,却具有一种电子配置,可以消除自旋轨道效应。

  研究人员在阿贡国家实验室的DOE科学用户设施Advanced Photon Source使用X射线分析发现了锇酸盐烧绿石材料中强烈的自旋 - 轨道耦合的证据。

  “预计在这种烧绿石材料中应该抑制或忽略锇中的自旋 - 轨道耦合效应,”Calder说。“但这是第一次用这种X射线技术测量锇基材料。X射线的目的是寻找强旋转轨道耦合的特征,这就是我们所看到的。“

  Calder警告说,研究小组的研究并不是锇酸盐材料中Weyl费米子的直接证据,但它确实表明该材料是潜在的宿主。

  “它显示了材料的磁性基态和强旋转轨道耦合的存在,这些都是这些Weyl费米子所必需的,”他说。“很多人只关注铱基材料来承载旋转轨道耦合效应,可以为你提供新的物理效果。这表明锇基材料也很重要。“

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