Mapeando la curvatura donde residen los electrones en materiales Kagome.

16 de junio de 2023 característica

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por Ingrid Fadelli, de Phys.org

Los metales Kagome son una clase de materiales cuánticos con propiedades interesantes que se caracterizan por una estructura de red única que se asemeja a los patrones de bambú tejidos japoneses del mismo nombre (es decir, Kagome). Durante la última década, los físicos han estado usando estos materiales para estudiar varios fenómenos electrónicos resultantes de su estructura única. 

Investigadores de la Universidad de Bolonia, la Universidad de Venecia, el CNR-IOM de Trieste, la Universidad de Würzburg y otros institutos en Europa y los Estados Unidos llevaron a cabo recientemente un estudio que investiga la estructura electrónica y de espín de los materiales XV6Sn6, una familia de metales Kagome que está parcialmente compuesta por un elemento de tierras raras. Su artículo, publicado en Nature Physics, mapea el comportamiento de los electrones que residen en un espacio curvo dentro de los materiales, que se conoce como curvatura de Berry de espín.

'Los metales Kagome pertenecen a una clase de nuevos materiales cuánticos que están revolucionando la forma en que los científicos de materiales miran los fenómenos colectivos complejos, como el magnetismo y la superconductividad', dijo Domenico Di Sante, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio, a Phys.org. 'Hemos estado trabajando en los metales Kagome durante varios años, y este artículo surgió como una continuación natural de nuestros trabajos anteriores. El objetivo principal era detectar la curvatura del espacio donde algunos de los electrones en los metales Kagome viven.'

Di Sante y sus colegas se dispusieron a explorar la curvatura de Berry de espín en la familia Kagome XV6Sn6 utilizando métodos teóricos y experimentales. Primero simularon los materiales usando software de computación avanzado y luego usaron una técnica llamada espectroscopía de fotoemisión con resolución angular para examinar muestras del metal Kagome ScV6Sn6.

'Desde el punto de vista teórico, usamos supercomputadoras modernas y muy poderosas para modelar, a través de software sofisticado, el comportamiento de los electrones dentro de los metales Kagome', dijo Di Sante. 'Desde el lado experimental, necesitábamos usar la luz que solo se puede generar en instalaciones a gran escala como los sincrotrones para detectar la energía y la velocidad de los electrones, simultáneamente a su espín'.

Las simulaciones y experimentos realizados por los investigadores condujeron a algunas observaciones interesantes. Específicamente, recopilaron evidencia de una curvatura finita de Berry de espín en el centro de la zona de Brillouin. En esta curvatura, se encontró que la banda casi plana de los materiales se separó de la llamada banda de Dirac, debido a un fenómeno físico conocido como acoplamiento de espín-órbita. Cuando examinaron una muestra de ScV6Sn6, el equipo encontró que en este material, la curvatura de Berry de espín era resistente al inicio de una fase ordenada impulsada por cambios de temperatura.

'La contribución más notable de nuestro trabajo es la aplicación de un protocolo bien definido, es decir, el uso de la luz, la dicromía circular y la resolución de espín, para mapear el espacio curvo donde los electrones viven', dijo Di Sante. 'De manera similar a como el espacio-tiempo de nuestro universo está curvado por la materia, las estrellas, las galaxias, los agujeros negros, etc., el espacio donde se mueven los electrones puede estar curvado. Nuestro trabajo detectó una de estas curvaturas en los metales Kagome'.

El trabajo reciente de este equipo de investigadores recopiló nuevas ideas valiosas sobre la estructura electrónica y la huella espectroscópica de los metales Kagome en la familia XV6Sn6. En el futuro, sus observaciones podrían allanar el camino para nuevos estudios que evalúen las cualidades únicas de estos materiales y sus posibles aplicaciones tecnológicas.

'En nuestros próximos trabajos, planeamos seguir investigando esta clase de materiales', agregó Di Sante. 'Hay otras familias de metales Kagome que prometen enriquecer nuestra comprensión de los fenómenos colectivos y su vínculo con el campo de la topología (los espacios curvos están íntimamente ligados al concepto de topología)'

Información del diario: Nature Physics

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