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      科學(xué)家找到了識(shí)別 操縱自旋電子學(xué)拓?fù)浣饘俚男路椒?/h1>
			
      
				2019-11-28 10:52:54
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      拓?fù)洳牧弦殉蔀榱孔硬牧虾妥孕娮訉W(xué)的潛在應(yīng)用，已成為量子材料研究的熱門(mén)話(huà)題。這是因?yàn)橥負(fù)洳牧暇哂衅婀值碾娮訝顟B(tài)，其中電子的動(dòng)量與其自旋方向相關(guān)聯(lián)，可以用新的方式利用這種狀態(tài)來(lái)編碼和傳輸信息。一種類(lèi)型的拓?fù)洳牧?，稱(chēng)為磁性Weyl半金屬，由于其潛在的磁場(chǎng)處理能力而備受關(guān)注。
      

      科學(xué)家找到了識(shí)別 操縱自旋電子學(xué)拓?fù)浣饘俚男路椒? border=
      

      但是，由于這些材料太新，科學(xué)家很難鑒定和表征Weyl半金屬。美國(guó)能源部(DOE)阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家最近進(jìn)行的理論和建模研究，不僅可以為研究人員提供一種更簡(jiǎn)單的發(fā)現(xiàn)Weyl半金屬的方法，而且還可以為潛在的自旋電子設(shè)備更輕松地操縱它們。
      

      以前研究Weyl半金屬的嘗試依賴(lài)于復(fù)雜的技術(shù)，該技術(shù)需要X射線(xiàn)或激光源以及精心準(zhǔn)備的樣品。為了簡(jiǎn)化對(duì)半金屬的觀察，阿貢大學(xué)的研究人員建議使用兩種基本性質(zhì)(電子自旋和電荷)之間的關(guān)系來(lái)揭示拓?fù)洳牧系男再|(zhì)，并為科學(xué)家提供新的使用方法。
      

      Argonne材料科學(xué)家Olle Heinonen表示：“我們想知道半金屬中是否存在某種特征，如果我們?cè)噲D通過(guò)它，我們就能看到它的存在，這是Weyl半金屬的特征。”
      

      為了在Weyl半金屬中產(chǎn)生充電電流，Heinonen首先建議在普通金屬和Weyl半金屬之間的界面處注入自旋電流。盡管自旋電流涉及電子的涌入，其自旋指向特定方向，但由于相反方向的電子被另一方向拉動(dòng)，因此沒(méi)有注入凈電荷。
      

      他說(shuō)：“你可以把它想象成讓兩個(gè)游泳者在游泳池里相反地運(yùn)動(dòng)，一個(gè)進(jìn)行自由泳，另一個(gè)進(jìn)行仰泳。” “沒(méi)有游泳的凈方向，但是有大量的自由泳。”
      

      通過(guò)優(yōu)先將自旋從正常金屬轉(zhuǎn)移到Weyl半金屬中，研究人員發(fā)現(xiàn)，半金屬需要找到在電子結(jié)構(gòu)中容納具有特定自旋的電子的方法。海諾寧說(shuō)：“你不能隨便把任何電子粘在任何地方。”
      

      相反，研究人員發(fā)現(xiàn)電子趨向于將自旋重新分布到那些可用且在能量上有利的地方。Heinonen說(shuō)：“您可能無(wú)法使所有自旋都適合一種特定的電子狀態(tài)，但是您可以使不同狀態(tài)下的分?jǐn)?shù)自旋適合總計(jì)相同的數(shù)量。” “想象一下，如果有波浪撞擊巖石;您仍然沿相同的方向移動(dòng)相同量的水。”
      

      當(dāng)電子遇到Weyl半金屬時(shí)，以這種方式“分解”時(shí)，不同的電子狀態(tài)將以不同的速度傳播，從而產(chǎn)生充電電流。根據(jù)測(cè)量電流的方向(例如，從上到下或從左到右)，科學(xué)家看到了不同的結(jié)果。
      

      希諾寧說(shuō)：“電子的分解方式與磁Weyl半金屬中的能量，動(dòng)量和自旋之間的關(guān)系非常敏感。” “結(jié)果，充電電流的方向如何變化與Weyl半金屬的特性直接相關(guān)，因此您可以確定其拓?fù)涮匦浴?rdquo;
      

      觀察各向異性或在Weyl 半金屬中沿不同方向測(cè)量時(shí)的充電電流差異，為研究人員提供了兩條信息。首先，它揭示了材料的Weyl性質(zhì)，但更重要的是，它允許研究人員調(diào)整材料的特性。Heinonen說(shuō)：“我們看到的響應(yīng)非常有趣，因?yàn)樗荳ey半金屬，而且由于它具有有趣的各向異性響應(yīng)，因此我們可能可以在某些設(shè)備中利用它。” “就人們實(shí)際制造許多Weyl半金屬而言，我們領(lǐng)先于曲線(xiàn)，但這為我們提供了一種便宜的方法來(lái)測(cè)試和試驗(yàn)一種可能會(huì)變得越來(lái)越流行的材料。”
      

      基于該研究的論文“磁性Weyl半金屬中的自旋至電荷轉(zhuǎn)換”發(fā)表在11月1日的《物理評(píng)論快報(bào)》上。Argonne的Ivar Martin，現(xiàn)任Case Western Reserve大學(xué)物理學(xué)助理教授的Zhang Shuii Zhang和滑鐵盧大學(xué)的Anton Burkov也進(jìn)行了這項(xiàng)研究。
      
			

			
        
      
			
      
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