Cartographie de la courbure où résident les électrons dans les matériaux Kagome.

16 juin 2023 fonctionnalité

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par Ingrid Fadelli, Phys.org

Les métaux Kagome sont une classe de matériaux quantiques présentant des propriétés intéressantes caractérisées par une structure de réseau unique qui rappelle les motifs de bambou tissés japonais portant le même nom (c'est-à-dire Kagome). Au cours de la dernière décennie, les physiciens ont utilisé ces matériaux pour étudier divers phénomènes électroniques résultant de leur structure unique. 

Récemment, des chercheurs de l'Université de Bologne, de l'Université de Venise, du CNR-IOM de Trieste, de l'Université de Würzburg et d'autres instituts en Europe et aux États-Unis ont réalisé une étude sur la structure électronique et de spin de XV6Sn6, une famille de métaux Kagome partiellement composée d'un élément de terres rares. Leur article, publié dans Nature Physics, cartographie le comportement des électrons résidant dans un espace courbe à l'intérieur des matériaux, connu sous le nom de courbure de spin Berry.

'Les métaux Kagome appartiennent à une classe de nouveaux matériaux quantiques qui révolutionnent la façon dont les scientifiques des matériaux considèrent des phénomènes collectifs complexes, tels que le magnétisme et la supraconductivité', a déclaré Domenico Di Sante, l'un des chercheurs à l'origine de l'étude, à Phys.org. 'Nous travaillons sur les métaux Kagome depuis plusieurs années, et cet article s'est imposé comme une continuation naturelle de nos travaux précédents. L'objectif principal était de détecter la courbure de l'espace où vivent certains des électrons dans les métaux Kagome.'

Di Sante et ses collègues ont entrepris d'explorer la courbure de spin Berry dans la famille Kagome XV6Sn6 en utilisant à la fois des méthodes théoriques et expérimentales. Ils ont d'abord simulé les matériaux à l'aide d'un logiciel de calcul avancé, puis ont utilisé une technique appelée spectroscopie photoélectronique résolue en angle pour examiner des échantillons de métal ScV6Sn6 Kagome.

'Du point de vue théorique, nous avons utilisé des superordinateurs modernes et très puissants pour modéliser, via un logiciel sophistiqué, le comportement des électrons à l'intérieur des métaux Kagome', a déclaré Di Sante. 'Du côté expérimental, nous avons dû utiliser la lumière qui ne peut être générée que dans des installations à grande échelle telles que les synchrotrons pour détecter l'énergie et la vitesse des électrons, simultanément à leur spin.'

Les simulations et les expériences menées par les chercheurs ont abouti à des observations intéressantes. Plus précisément, ils ont recueilli des preuves d'une courbure de spin Berry finie au centre de la zone de Brillouin, à cette courbure, la bande presque plate des matériaux a été détachée de la bande de Dirac, en raison d'un phénomène physique connu sous le nom de couplage spin-orbite. Lorsqu'ils ont examiné un échantillon de ScV6Sn6, l'équipe a constaté que dans ce matériau, la courbure de spin Berry était robuste contre l'apparition d'une phase ordonnée provoquée par des changements de température.

'La contribution la plus remarquable de notre travail est l'application d'un protocole bien défini, c'est-à-dire l'utilisation de la lumière, de la dichroïtie circulaire et de la résolution de spin, pour cartographier l'espace courbe où vivent les électrons', a déclaré Di Sante. 'De manière similaire, l'espace-temps de notre univers est courbé par la matière, les étoiles, les galaxies, les trous noirs, etc., l'espace où les électrons se déplacent peut être courbé. Notre travail a détecté l'une de ces courbures dans les métaux Kagome.'

Le travail récent de cette équipe de chercheurs a permis d'obtenir de nouvelles informations précieuses sur la structure électronique et l'empreinte spectroscopique des métaux Kagome de la famille XV6Sn6. À l'avenir, leurs observations pourraient ouvrir la voie à de nouvelles études évaluant les qualités uniques de ces matériaux et leurs possibles applications technologiques.

'Dans nos prochains travaux, nous prévoyons de continuer à étudier cette classe de matériaux', a ajouté Di Sante. 'Il existe d'autres familles de métaux Kagome qui promettent d'enrichir notre compréhension des phénomènes collectifs et de leur lien avec le domaine de la topologie (les espaces courbes sont intimement liés au concept de topologie).'

Informations sur la revue : Nature Physics

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