科学家在Kagome拓扑材料中发现新的磁相互作用
科学家在笼目(Kagome)层状拓扑磁体TbMn6Sn6中新发现的磁相互作用可能是定制电子如何流过这些材料的关键。美国能源部下属的艾姆斯国家实验室和橡树岭国家实验室的科学家最近对TbMn6Sn6进行了深入的研究，以更好地了解这种材料及其磁性特性。这些研究结果可能会影响未来量子计算、磁存储介质和高精度传感器等领域的技术进步。
笼目晶格是一种材料，其结构以日本传统的篮子编织技术“Kagomes”命名。这种编织会产生由三角形包围的六边形图案，反之亦然。在Kagome金属中的原子排列再现了这种编织图案。这种特性导致材料内部的电子表现出独特的方式。
固体材料具有受其电子能带结构特性控制的电子特性。而能带结构强烈依赖于原子晶格的几何形状，有时能带可能会呈现出特殊的形状，例如圆锥。这些特殊的形状，人们称为拓扑特征，负责电子在这些材料中的独特行为方式。而Kagome结构尤其会导致电子频带中产生复杂且可能可调控的特征。
通过使用磁性原子来构建这些材料的晶格，例如TbMn6Sn6中的Mn(锰)原子，可以进一步帮助诱导出拓扑特征。艾姆斯实验室的科学家和项目负责人Rob McQueeney解释说：“拓扑材料具有一种特殊的性质，在磁性的影响下，你可以在材料边缘获得流动的电流，而且这是无耗散的，这意味着电子不会散射，也不会耗散能量。”
该团队着手更好地了解TbMn6Sn6的磁性，并使用从橡树岭国家实验室散裂中子源收集的计算和中子散射数据进行分析。艾姆斯实验室的博士后研究员兼项目团队成员Simon Riberolles解释了该团队使用的一种实验技术。该技术涉及利用一束中子粒子，用于测试磁序的刚性。他说：“材料中存在的不同磁相互作用的性质和强度都可以使用这种技术绘制出来。”
该研究团队发现TbMn6Sn6材料在层之间具有竞争性的相互作用，即所谓的受挫磁性。McQueeney说：“所以系统必须做出妥协。通常这意味着如果你戳它，你可以让它做不同的事情。但我们在这个材料中发现的是，即使有这些互相竞争的相互作用存在，也有其他相互作用占主导地位。”
这是首次发表的关于TbMn6Sn6磁性的详细研究。Riberolles说：“在研究中，当你发现自己理解了一些新事物，或者你测量了以前从未见到过的东西，或者被部分理解或能以不同的方式理解的东西时，总是令人兴奋的。”
McQueeney和Riberolles解释说，他们的发现表明这种材料可能会根据特定的磁性特征而进行调整，例如用不同的稀土元素代替Tb(铽)元素，这将会改变化合物的磁性。这项基础性研究为Kagome金属的发现取得持续进展铺平了道路。（编译:Qtech）
