科學家在二維量子磁體中發現“拓撲克爾效應”
【環球網科技綜合報道】4月12日消息,根據中國科學院官網消息,近日,中國科學院合肥物質科學研究院與中國科學技術大學等合作,依托穩態強磁場實驗裝置(SHMFF),在二維新型量子磁體斯格明子元激發的理論與實驗研究中取得進展,提出“拓撲克爾效應”的概念。
據悉,相關成果發表在《自然·物理學》(Nature Physics)上。
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2017年,科學家在實驗中發現了二維鐵磁材料CrI3和CrGeTe3。在此基礎上,研究團隊通過第一性原理計算預言了一類與CrI3同構、但具有非平庸拓撲電子態的新型二維鐵磁性材料CrMX6(M=Mn, V; X=I, Br)。此次,研究團隊利用化學氣相輸運法合成了高質量二維CrVI6單晶,依托SHMFF的低溫磁場顯微光學係統,開展了高精度微區磁光克爾效應研究,確認了薄層CrVI6材料亦具有鐵磁基態。
研究發現,在特定的厚度範圍、溫度區間內,磁光克爾回線的磁化反轉區出現了兩個反對稱的貓耳狀“凸起”。該特征與塊體的M-H磁滯回線完全不同,卻與典型磁斯格明子體係中的電學拓撲霍爾效應高度相似。
研究團隊通過原子尺度的磁動力學模擬和理論計算,揭示出斯格明子的“拓撲荷”對於光電場下傳導電子的散射是光學克爾角在磁翻轉過程中出現“凸起”信號的微觀原因。研究人員通過磁力顯微鏡成像實驗,觀察到CrVI6中帶狀磁結構演化為點狀磁結構的磁場與磁光克爾“凸起”對應的磁場一致,進一步佐證了該光學克爾信號的拓撲屬性。
基於上述結果,合作團隊凝練了“拓撲克爾效應”這一核心概念,基於這一概念提出了利用光學手段開展拓撲磁結構無損/非侵入式探測的新方案。該方案基於交變光電場,在直流電學“拓撲霍爾效應”dejichushang,jinyibufangkuanleduicailiaodaodianxingdeyaoqiu,tuokuanleyingyongfanwei。qiangcichangguangpuxuedejishuyoushishidezheyifangankeyiduisigemingziheqitatuopuyuanjifakaizhankongjianfenbian、無損、非接觸式探測,為揭示拓撲磁結構的微觀機理奠定了物理基礎、提供了表征手段。
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