(a) Arcos de Fermi resolvidos por spin medidos em 2 MLs Fe/W(110) à esquerda e à direita do mapa de momento. As cores indicam o componente de spin no plano ao longo da direção x, que é ortogonal à magnetização da amostra (b) As setas denotam a textura de spin teórica completa no espaço de momento, revelando uma não-colinearidade proeminente para os arcos de Fermi (vermelho) em comparação com os estados interiores (cinza). (c) Distribuição da curvatura teórica de Berry no espaço momento de todas as bandas ocupadas em 2 MLs Fe/W(110), em torno de um dos pares de arcos de Fermi. Crédito:Ying-Jiun Chen et al, Nature Communications , https://doi.org/10.1038/s41467-022-32948-z (CC-BY)
Os pesquisadores de Jülich conseguiram demonstrar um estado eletrônico exótico, os chamados Arcos de Fermi, pela primeira vez em um material 2D. O aparecimento surpreendente de arcos de Fermi em tal material fornece uma ligação entre novos materiais quânticos e suas respectivas aplicações potenciais em uma nova geração de spintrônica e computação quântica. Os resultados foram publicados recentemente em
Nature Communications .
Os arcos de Fermi recém-detectados representam desvios especiais – semelhantes a arcos – da chamada superfície de Fermi. A superfície de Fermi é usada na física da matéria condensada para descrever a distribuição do momento dos elétrons em um metal. Normalmente, essas superfícies de Fermi representam superfícies fechadas. Exceções como os arcos de Fermi são muito raras e muitas vezes estão associadas a propriedades exóticas como supercondutividade, magnetoresistência negativa e efeitos anômalos de transporte quântico.
O desafio tecnológico de hoje é desenvolver o controle "sob demanda" das propriedades físicas dos materiais. No entanto, esses testes experimentais foram amplamente limitados a materiais a granel e são grandes desafios importantes na ciência da matéria condensada. Com seu paradigma inovador, as descobertas apresentam uma nova fronteira promissora para o controle quântico de estados topológicos em sistemas de baixa dimensão por meios externos - o campo magnético externo que oferece recursos sem precedentes em materiais 2D para inteligência artificial, bem como processamento de informações futuras.
O material analisado é o chamado material topológico 2D. Os materiais topológicos têm propriedades especiais que surgem devido às interações dos elétrons com a estrutura cristalina e são protegidos contra influências interferentes. Os materiais 2D, por outro lado, são materiais que consistem em apenas uma camada de átomos ou moléculas e estão sendo intensamente pesquisados por causa de suas propriedades incomuns. Um exemplo bem conhecido é o grafeno, que consiste em carbono de camada única.
O grafeno exibe propriedades físicas exóticas em comparação com sua contraparte em massa. O material mencionado no artigo é uma camada atômica de ferro 2D. Quando comparados com o grafeno, esses ímãs híbridos 2D são uma classe de materiais que revelam fenômenos emergentes adicionais no limite de camada única. Por exemplo, pode levar a potenciais aplicações da anomalia quiral em dispositivos e abrir uma nova área de pesquisa no campo dos materiais topológicos fortemente correlacionados.
Para o trabalho, os pesquisadores realizaram experimentos no Elettra Synchrotron em Trieste, Itália. Lá, um consórcio internacional liderado por Forschungszentrum Jülich opera o Microscópio Momentum de resolução de rotação na linha de luz NanoESCA.
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