跳动城乡网在固体材料中，磁性通常源自电子自旋的排列。例如，在铁磁铁中，整体净磁化是由同一方向的自旋排列引起的。
近年来，物理学家和材料科学家已经确定了由于拓扑因素而产生不同磁性的材料。此后，许多研究旨在发现表现出这些非常规磁性形式的新材料。
波士顿学院、加州大学圣塔芭芭拉分校、维尔茨堡大学等机构的研究人员最近在双层戈薇金属(即TbV 6 Sn 6 )中观察到了拓扑起源的磁性。他们发表在《自然物理学》上的论文揭示了 TbV 6 Sn 6中旋转贝里曲率增强的巨大轨道塞曼效应。
“在一些新材料中，磁性可以通过其他方式产生，例如电子带的拓扑结构，”该论文的合著者 Ilija Zeljkovic 告诉 Phys.org。
“一些电子态可以获得一种称为贝里曲率的特性，这反过来又会导致与特定电子态相关的轨道磁矩。有趣的是，这种轨道磁矩可能是巨大的，比单个自旋的磁矩大得多。”
Zeljkovic 和他的同事最近研究的主要目标是探测先前工作中报道的特殊轨道矩，特别是 kagome 材料 TbV 6 Sn 6中的特殊轨道矩。此外，他们希望更好地了解这些力矩如何响应磁场。
Zeljkovic 说：“Kagome 材料一般都被提议展示这些，因为晶格的几何形状可以自然地产生拓扑无色散平带和狄拉克点，即线性色散带交叉的特殊点。” “如果狄拉克点有间隙，贝里曲率和自旋贝里曲率在狄拉克点附近往往很大，这会导致大的轨道磁矩并有利于它们的观察。”
研究人员使用扫描隧道显微镜和光谱学 (STM/S) 技术检查了他们的 TbV 6 Sn 6样品。该技术需要使用靠近样品表面(即几埃以内)放置的尖锐金属尖端来测量作为尖端位置函数的隧道电流。
“隧道电流包含有关电子态密度(DOS)的信息，或者在任何给定能量下我们有多少电子态可供电子占据，”Zeljkovic 解释道。 “我们使用 STM 进行了 DOS 的空间光谱映射，将电子态映射为能量和动量的函数。”
Zeljkovic 和他的同事随后重复了同样的对磁场的实验，目的是揭示磁场中这些电子态的演化。第二次实验最终使他们能够提取与各个电子态相关的轨道磁矩。
“我们发现狄拉克点附近的轨道磁矩比与电子自旋相关的磁矩大数百倍，”泽利科维奇说。 “我们还可视化了具有相反 Spin Berry 曲率的简并电子态如何在相反方向的磁场中变形，我们将这种现象称为轨道塞曼分裂。”
研究人员观察到，样品中电子带简并的分裂惊人地大，其大小根源于其巨大的基础自旋贝里曲率。他们的实验结果后来被一系列理论计算所证实。
该研究小组最近的工作收集了对拓扑起源的非常规磁态的有趣见解。未来，他们的发现可能会激发进一步的研究工作，调查由贝里曲率驱动的其他大轨道磁矩，例如之前在一些基于石墨烯的结构中观察到的磁矩。
“在我们检查的材料中，大轨道磁矩与远离费米能级的状态有关，”泽利科维奇补充道。 “如果人们能够调整材料，使这些电子态能够在费米能级附近出现，例如通过应变或化学掺杂，这些时刻可能会产生轨道磁性，而轨道磁性也可以被其他实验探检测到，并且可能对降低轨道磁性有用。 -设备中的在线应用。”
