Международный консорциум химиков и физиков открыл новый тип квантового материала с магнитными и топологическими свойствами. Это особенно интересно для применений в спинтронике, двумерном магнетизме и квантовом транспорте, поскольку не требует легирования и сильных внешних магнитных полей.
С момента своего открытия в 2009 году топологические изоляторы стали горячей темой в физике материалов. Что в них особенного, так это то, что они могут действовать как изоляторы и как электрические проводники одновременно. Хотя внутри кристаллов имеется электроизоляционное состояние, поверхности кристаллов являются электропроводящими.
Большой научный интерес к топологическим изоляторам связан с новыми квантовыми состояниями, которые можно наблюдать в этом классе материалов. Как своего рода питательная среда для новых квазичастиц и экзотических квантовых явлений, они представляют собой серьезную проблему для теоретического описания, а также для синтеза и экспериментальных исследований.
Особые усилия предпринимаются для изучения взаимодействия топологических фаз в магнитных топологических изоляторах. Исследователи из Института исследования твердого тела и материалов им. Лейбница в Дрездене и ТУ Дрездена разработали методику, которая использовалась для выращивания первых монокристаллов магнитного топологического материала теллурида марганца висмута.
Это вещество структурно сходно с классическим топологическим изолятором, теллуридом висмута, но также имеет периодическую подрешетку из атомов марганца. При температуре ниже 24 Кельвин эти атомы марганца образуют упорядоченную трехмерную магнитную решетку.
Коллеги по теории из Испании обнаружили, что существенные топологические свойства теллурида марганца-висмута обусловлены тригональной кристаллической структурой и антиферромагнитной связью промежуточных слоев. Нетривиальная топология проявляется в поверхностных состояниях, которые экспериментаторы из Вюрцбурга и Санкт-Петербурга изучали независимо друг от друга с помощью фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением.
Все части этой головоломки кратко изложены в недавно опубликованной статье в журнале . В результате подтверждается, что теллурид марганца висмута является первым антиферромагнитным топологическим изолятором ниже его температуры Нееля, то есть в температурном диапазоне, в котором устанавливается длиннопространственный магнитный порядок.
Это открытие имеет большое значение для возможного применения топологических изоляторов. Новый материал висмут-марганец-теллурид открывает возможность обойтись без легирования и сильных внешних магнитных полей, так как магнетизм уже внутренне заложен в стехиометрическом соединении.