Weyl Balents

Magnetisme dan Weyl semimetals

Bianguang / CC BY-SA

Bayangkan sebuah dunia di mana listrik dapat mengalir melalui grid tanpa kehilangan daya atau tempat di mana semua data di dunia dapat disimpan di cloud tanpa perlu pembangkit listrik. Tampaknya suatu yang tak terbayangkan tetapi jalan menuju ke sana telah terbuka dengan penemuan keluarga baru material dengan sifat magisnya. Material ini – magnetic Weyl semi-metals – adalah kuantum bawaan tapi menjembatani dua dunia topologi dan spintronics. Material topologi menunjukkan sifat aneh termasuk elektron super cepat yang bepergian tanpa kehilangan energi. Di sisi lain, material magnetik sangat penting bagi kehidupan kita sehari-hari mulai dari magnet untuk mobil listrik hingga perangkat spintronik di tiap hard disk drive komputer dan cloud. Konsep magnetic Weyl semi-metal (WSM) sudah ada tetapi materialnya baru saja ditemukan oleh tim Claudia Felser, Direktur di MPI CPfS, Dresden, dalam dua senyawa yang sangat berbeda Co2MnGa dan Co3Sn2S2. Untuk menemukan materi luar biasa ini, tim Felser memindai basis data materi dan membuat daftar kandidat [1-5]. Bukti bahwa bahan ini adalah magnetic WSM diperoleh melalui investigasi struktur elektronik Co2MnGa dan Co3Sn2S2 [6-8]. Para ilmuwan dari kelompok Claudia Felser di MPI CPfS dan tim Stuart Parkin di MPI of Microstructure Physics, Halle, bekerja sama dengan tim M. Zahid Hasan dari Princeton, tim Yulin Chen dari Oxford University, dan tim Haim Beidenkopf dari Weizmann Institute of Science. telah mengkonfirmasi secara eksperimental keberadaan magnetic Weyl fermions dalam dua material tersebut. Temuannya kini terbit di Science Magazine.

Dengan menggunakan angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) dan scanning tunneling microscope (STM) experiments, fenomena time-reversal symmetry broken WSM berhasil diamati untuk pertama kalinya, berkat kristal berkualitas tinggi di MPI CPfS. “Penemuan magnetic WSM merupakan langkah menuju realisasi efek kuantum dan spintronik suhu tinggi. Kedua material ini, yang masing-masing adalah anggota keluarga highly tunable Heusler dan Shandite, merupakan platform ideal untuk berbagai aplikasi teknologi spintronik dan magneto-optic untuk penyimpanan data, pemrosesan informasi serta sistem konversi energi di masa depan,” jelas Stuart Parkin, Managing Director dari Max Planck Institute of Microstructure Physics, Halle.

Keadaan topologi magnetik dalam Co2MnGa dan Co3Sn2S2 memainkan peran penting dalam asal-usul anomalous quantum transport effects yang diamati, karena Berry curvature yang kuat berkaitan dengan keadaan topologinya. Dengan garis nodal Weyl dan struktur pita titik nodal, Co2MnGa dan Co3Sn2S2 adalah satu-satunya dua contoh material yang diketahui saat ini yang memiliki large anomalous Hall conductivity dan anomalous Hall angle [3, 4, 6]. “Material kami memiliki keunggulan alami dari suhu pesanan tinggi, struktur pita topologi yang jelas, low charge carrier density, dan respons elektromagnetik yang kuat. Desainnya menunjukkan high temperature quantum anomalous Hall effect (QAHE) melalui quantum confinement dari magnetic WSM dan integrasinya ke dalam perangkat kuantum adalah langkah kami berikutnya, ” jelas Claudia Felser. Penemuan magnetic WSM merupakan capaian besar menuju realisasi suhu ruangan QAHE serta merupakan dasar bagi konsep konversi energi baru. “Efek Quantum Anomalous Hall memungkinkan transpor tanpa disipasi melalui chiral edge states yang dipolarisasi secara bawaan.” tutur Yan Sun. Realisasi QAHE pada suhu ruangan akan mengatasi keterbatasan banyak teknologi berbasis data saat ini, yang dipengaruhi oleh hilangnya daya yang disebabkan oleh hamburan elektron yang besar. Ini akan membuka jalan ke generasi baru perangkat kuantum elektronik dan spintronik rendah energi.

Jurnal Referensi:

Ilya Belopolski, Kaustuv Manna, et al, “Discovery of topological Weyl fermion lines and drumhead surface states in a room temperature magnet,” Science 365(6459), 1278-1281 (2019). https://dx.doi.org/10.1126/science.aav2327

D. F. Liu, A. J. Liang, et al, “Magnetic Weyl semimetal phase in a Kagomé crystal,” Science 365 (6459), 1282-1285 (2019). https://dx.doi.org/10.1126/science.aav2873

Noam Morali, Rajib Batabyal, et al. “Fermi-arc diversity on surface terminations of the magnetic Weyl semimetal Co3Sn2S2,” Science 365 (6459), 1286-1291 (2019). https://dx.doi.org/10.1126/science.aav2334

Catatan kaki:

[1] J. Kübler and C. Felser, EPL, 114, 47005 (2016).

[2] Qiunan Xu et al., PRB 97, 235416 (2018).

[3] Enke Liu et al., Nat. Phy. 14, 1125 (2018).

[4] Kaustuv Manna et al., PRX 8, 041045 (2018).

[5] Satya N. Guin et al. Adv. Mater. 31, 1806622 (2019).

[6] Ilya Belopolski et al. Science 365, 1278 (2019)

[7] D. F. Liu, et al. Science 365, 1282–1285 (2019)

[8] Noam Morali et al. Science 365, 1286–1291 (2019)

Tautan ke artikel asli: The best of two worlds: Magnetism and Weyl semimetals / Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids

Diterjemahkan oleh saintifia dengan seizin dari yang bersangkutan, segala kesalahan penerjemahan menjadi tanggungjawab kami.