Zjawisko zwane magnetoopornością występuje, gdy do materiału przyłożymy pole magnetyczne, doprowadzając do zmiany jego przewodności elektrycznej. Występuje tylko w przypadku niektórych substancji, wykorzystywanych m.in. w komputerach, ale zazwyczaj jest tak efektywne, że może zamienić izolator w przewodnik. Ale nawet w takim przypadku materiał nie zmienia swojego zachowania w sposób zależny od kierunku przyłożonego pola magnetycznego.
Czytaj też: Limit dyfrakcyjny nie obowiązuje dla tych materiałów. W końcu mamy potwierdzenie
Fizycy z Georgia Tech odkryli, że w przypadku kryształu Mn3Si2Te6 jest to możliwe. Odkrycia te mogą doprowadzić do nowego paradygmatu w urządzeniach kwantowych i nadprzewodnikach. Szczegóły opisano w Nature.
Ponieważ ten materiał nie pasował do żadnych istniejących wcześniej modeli, musieliśmy opracować nowe pomysły, aby go zrozumieć. Pomysły nam one w badaniu pokrewnych materiałów, które mogłyby być wykorzystane w urządzeniach następnej generacji wykorzystujących pole magnetyczne. Dr Sami Hakani z Georgia Tech
Materiał, jakiego jeszcze nie było
Odkryte zjawisko przeczy wszystkim istniejącym modelom teoretycznym i jest eksperymentalnym precedensem. Oznacza to, że albo czegoś w kontekście przewodności elektrycznej nie rozumiemy, albo Mn3Si2Te6 należy do zupełnie nowej klasy materiałów. Naukowcy z Georgia Tech postawili sobie za cel zrozumienie, dlaczego tzw. ekstremalna zmiana przewodności występuje tylko wtedy, gdy pole magnetyczne jest przyłożone prostopadle do przypominającej plaster miodu powierzchni materiału.
Nasz pomysł pachniał obiecująco, ale niestety szybko zorientowaliśmy się, że prądy pomiędzy magnetycznymi jonami manganu byłyby zabronione przez symetrię. Jednak Sami wykonał wtedy analizę symetrii dla oktaedrycznie ułożonych jonów telluru i w ich przypadku prądy były dozwolone przez symetrię. To mogło się udać! Prof. Itamar Kimchi z Georgia Tech
Niezwykły jest już sam wygląd materiału. Z boku wygląda jak tort złożony z różnych warstw, podczas gdy widok od góry przywodzi na myśl plaster miodu. W każdej warstwie plastra miodu elektrony poruszają się po kolistych ścieżkach oktaedrycznych (złożonych z ośmiościanów foremnych), tworząc niezwykłe prądy.
Bez obecności pola magnetycznego, elektrony poruszają się zarówno w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara, jak i zgodnie z nim – jak samochody jadące w obu kierunkach wokół ronda. Wszelkie zatory elektronów utrudniają szybkie przemieszczanie się w materiale, jak drogowe korki. W takich okolicznościach, materiał działa jak izolator. Ale kiedy przyłożymy pole magnetyczne prostopadle do powierzchni plastra (np. od góry), ruch zostanie usprawniony, a same elektrony przyspieszają. Obserwujemy wtedy zachowanie typowe dla przewodnika, ze wzrostem przewodności elektrycznej rzędu miliarda procent!
Zdaniem fizyków, ponieważ materiał działa jak “przełącznik”, może okazać się niezwykle pożądany w licznych urządzeniach elektronicznych, także związanych z komputerami kwantowymi. Aby jednak było to możliwe, konieczne jest lepsze zrozumienie procesów zachodzących w Mn3Si2Te6, bo wciąż jeszcze wiele z detali widzimy jak za mgłą.
