Uspořádání elektronů stav se vyznačuje těsnou vazbou mezi magnetismem a vnějšími fotony…
Na University of Chicago pokročili ve vývoji nové optické paměti, která dokáže rychle a energeticky efektivně ukládat a zpřístupňovat data. Při studiu komplexního materiálu složeného z manganu, vizmutu a telluru (MnBi2Te4) si vědci uvědomili, že magnetické vlastnosti tohoto materiálu se rychle a snadno mění v reakci na světlo. To znamená, že laser by mohl být použit k zakódování informace v magnetických stavech MnBi2Te4.
Nová studie ukázala, že elektrony v MnBi2Te4 se mohou vyskytovat ve 2 protichůdných stavech – topologickým stavem využitelným pro kódování kvantové informace a stavem citlivým na světlo užitečným pro optické ukládání dat.
V minulosti byl MnBi2Te4 zkoumán kvůli své slibné funkci magnetického topologického izolantu, materiálu, který se uvnitř chová jako izolant, ale na svém vnějším povrchu vede elektrický proud. Ačkoli vědci předpověděli, že MnBi2Te4 by měl být schopen vytvářet takové 2D dálnice pro pohyb elektronů, experimentálně to bylo obtížné potvrdit.
Vědci nyní použili moderní spektroskopické metody („time- and angle-resolved photoemission spectroscopy“), které jim umožnily vizualizovat chování elektronů v MnBi2Te4 v reálném čase na ultrarychlých časových škálách. Když pak analyzovali výsledky spektroskopie, vyjasnilo se, proč se MnBi2Te4 nechová jako dobrý topologický materiál. Vzniká v něm totiž totiž kvazi-2D uspořádání, které „soupeří“ s topologickým stavem o elektrony.
„Existuje zcela jiný typ povrchových elektronů, které nahrazují původní topologické povrchové elektrony,“ uvádí hlavní autor studie Shuolong Yang. „Ukázalo se však, že tento kvazi-2D stav má ve skutečnosti jinou, velmi užitečnou vlastnost.“ Druhé uspořádání elektronů stav se vyznačuje těsnou vazbou mezi magnetismem a vnějšími fotony – což je právě požadavek pro účinnou opticky řízenou paměť.
Navíc je možné, že různé metody syntézy povedou k materiálu, kde převládne první ze stavů, takže se MnBi2Te4 podaří získat i jako topologický materiál využívaný např. v kvantovém počítání.
Khanh Duy Nguyen et al, Distinguishing surface and bulk electromagnetism via their dynamics in an intrinsic magnetic topological insulator, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adn5696
Zdroj: University of Chicago / Phys.org
