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Mapeo de la curvatura donde residen los electrones en los materiales de Kagome

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Tres perspectivas de la denominada superficie de Fermi del material estudiado, es decir, la superficie sobre la que se mueven los electrones. A la izquierda, el resultado experimental, en el centro ya la derecha, la modelización teórica. Los colores rojo y azul representan una medida de la velocidad de los electrones. Tanto la teoría como la experiencia reflejan las simetrías del cristal, presente en el tejido japonés «kagome» que se utiliza para fabricar cestas tradicionales. Crédito: Di Santé et al.

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

Investigadores de la Universidad de Bolonia, la Universidad de Venecia, el CNR-IOM Trieste, la Universidad de Würzburg y otros institutos de Europa y Estados Unidos han realizado recientemente un estudio que investiga el espín y la estructura electrónica de XV6sn6, materiales, una familia de metales Kagome que se compone parcialmente de un elemento de tierras raras. Su artículo, publicado en física de la naturalezamapea el comportamiento de los electrones que residen en un espacio curvo dentro de los materiales, lo que se conoce como curvatura de espín de Berry.

«Los metales Kagome pertenecen a una clase de nuevos materiales cuánticos que están revolucionando la forma en que los científicos de materiales ven fenómenos colectivos complejos como el magnetismo y la superconductividad», dijo a Phys.org Domenico Di Sante, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio. «Llevamos varios años trabajando con los metales de Kagome, y este artículo fue una continuación natural de nuestro trabajo anterior. El objetivo principal era detectar la curvatura del espacio donde viven algunos de los electrones de los metales de Kagome».

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Di Sante y sus colegas comenzaron a explorar la curvatura de espín de Berry en el XV6sn6 Familia Kagome utilizando métodos teóricos y experimentales. Primero simularon los materiales utilizando un software informático avanzado y luego utilizaron una técnica llamada espectroscopia de fotoemisión de resolución angular para examinar muestras del metal Kagome ScV.6sn6.

“Desde un punto de vista teórico, usamos supercomputadoras modernas y muy poderosas para modelar, usando software sofisticado, el comportamiento de los electrones dentro de los metales Kagome”, dijo Di Sante. «En el aspecto experimental, necesitábamos usar luz que solo puede generarse en instalaciones a gran escala, como los sincrotrones, para detectar la energía y la velocidad de los electrones simultáneamente con su giro».

Las simulaciones y experimentos realizados por los investigadores dieron lugar a algunas observaciones interesantes. Específicamente, reunieron evidencia de una curvatura de Berry de giro finito en el centro de la zona de Brillouin, En esta curvatura se descubrió que la banda casi plana de los materiales se desprende de la llamada banda de Dirac, debido a un fenómeno físico conocido como acoplamiento espín-órbita. Cuando examinaron una muestra de ScV6sn6el equipo encontró que en este material la curvatura de espín de Berry era robusta frente 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, a saber, el uso de luz, dicroísmo circular y resolución de espín, para mapear el espacio curvo donde viven los electrones», dijo Di Sante. “De manera similar, el espacio-tiempo de nuestro universo está curvado por materia, estrellas, galaxias, agujeros negros, etc., el espacio donde se mueven los electrones puede estar curvado. Nuestro trabajo detectó una de estas curvaturas en los metales de Kagome”.

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El trabajo reciente de este equipo de investigadores ha recopilado nueva información valiosa sobre la estructura electrónica y la huella digital espectroscópica de los metales Kagome en el siglo XV.6sn6 familia. En el futuro, sus observaciones podrían allanar el camino para futuros estudios que evalúen las cualidades únicas de estos materiales y sus posibles aplicaciones tecnológicas.

“En nuestro próximo trabajo, planeamos continuar investigando esta clase de materiales”, agregó Di Sante. “Existen otras familias de metales Kagome que prometen enriquecer nuestra comprensión de los fenómenos colectivos y su conexión con el campo de la topología (los espacios curvos están íntimamente ligados al concepto de topología)”.

Mas informaciones:
Domenico Di Sante et al, Separación de banda plana y giro robusto Berry doblado en metales kagome de doble capa, física de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41567-023-02053-z

Información del periódico:
física de la naturaleza


Prudencia Febo

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