Imagine um mundo no qual a eletricidade pudesse fluir pela rede sem nenhuma perda ou onde todos os dados do mundo pudessem ser armazenados na nuvem sem a necessidade de usinas de energia. Isso parece inimaginável, mas um caminho para esse sonho se abriu com a descoberta de uma nova família de materiais com propriedades mágicas.

Esses materiais - semimetais magnéticos de Weyl - são inatamente quânticos, mas unem os dois mundos da topologia e da spintrônica. Os materiais topológicos exibem propriedades estranhas, incluindo elétrons super-rápidos que viajam sem qualquer perda de energia. Por outro lado, os materiais magnéticos são essenciais para nossa vida cotidiana, desde ímãs para carros elétricos até dispositivos spintrônicos em todas as unidades de disco rígido de computadores e na nuvem. O conceito de um semimetal magnético Weyl (WSM) estava no ar, mas um material da vida real só agora foi realizado pela equipe de Claudia Felser, Diretor do MPI CPfS, Dresden, em dois compostos muito diferentes - Co ₂ MnGa e Co ₃ Sn ₂ S ₂ .

Para encontrar esses materiais extraordinários, A equipe de Felser examinou o banco de dados de materiais e apresentou uma lista de candidatos promissores. A prova de que esses materiais são WSMs magnéticos foi obtida por meio de investigações de estrutura eletrônica de Co ₂ MnGa e Co ₃ Sn ₂ S ₂ . Cientistas do grupo de Claudia Felser no MPI CPfS e da equipe de Stuart Parkin no MPI de Física da Microestrutura, Halle, em colaboração com a equipe de M. Zahid Hasan de Princeton, A equipe de Yulin Chen da Universidade de Oxford, e a equipe de Haim Beidenkopf do Weizmann Institute of Science, confirmaram experimentalmente a existência de férmions magnéticos de Weyl nesses dois materiais em estudos publicados em três artigos em Ciência hoje.

Pela primeira vez, usando espectroscopia de fotoemissão de ângulo resolvido (ARPES) e experimentos de microscópio de tunelamento de varredura (STM), estados de WSM quebrados de simetria de reversão de tempo foram observados, possibilitado pelos monocristais de alta qualidade cultivados no MPI CPfS. "A descoberta de WSMs magnéticos é um grande passo em direção à realização de efeitos quânticos e spintrônicos de alta temperatura. Esses dois materiais, que são membros das famílias altamente sintonizáveis ​​Heusler e Shandite, respectivamente, são plataformas ideais para várias aplicações futuras em tecnologias spintrônica e magneto-óptica para armazenamento de dados, e processamento de informações, bem como aplicações em sistemas de conversão de energia, "diz Stuart Parkin, o Diretor Administrativo do Instituto Max Planck de Física da Microestrutura, Halle.

Os estados topológicos magnéticos em Co ₂ MnGa e Co ₃ Sn ₂ S ₂ desempenham um papel crucial na origem dos efeitos de transporte quântico anômalos observados, devido à forte curvatura de Berry associada aos seus estados topológicos. Com linha nodal Weyl e estruturas de banda de ponto nodal, Co ₂ MnGa e Co ₃ Sn ₂ S ₂ são os únicos dois exemplos atualmente conhecidos de materiais que hospedam tanto grande condutividade Hall anômala e ângulo Hall anômalo. "Nossos materiais têm as vantagens naturais de alta temperatura de ordem, estrutura de banda topológica clara, densidade de portador de baixa carga, e forte resposta eletromagnética. O projeto de um material que exibe um efeito Hall anômalo quântico de alta temperatura (QAHE) via confinamento quântico de um WSM magnético, e sua integração em dispositivos quânticos é nosso próximo passo, "diz Claudia Felser.

A descoberta de WSMs magnéticos é um grande passo para a realização de um QAHE de temperatura ambiente e é a base para novos conceitos de conversão de energia. percebeu Yan Sun imediatamente. A realização do QAHE à temperatura ambiente seria revolucionária ao superar as limitações de muitas das tecnologias atuais baseadas em dados, que são afetados por grandes perdas de potência induzidas por espalhamento de elétrons. Isso abriria o caminho para uma nova geração de dispositivos eletrônicos quânticos e spintrônicos de baixo consumo de energia.