在郑任（右）和明毅（左）的领导下，一项关于铁锡薄膜的新研究重塑了对笼目磁铁的科学理解。图片来源：Jeff Fitlow/莱斯大学。

莱斯大学物理学家和合作者的一项发现正在解锁对尖端材料中磁性和电子相互作用的新理解，有可能彻底改变量子计算和高温超导体等技术领域。

在郑任和明毅的领导下，研究小组对铁锡（FeSn）薄膜的研究重塑了对笼目磁铁的科学理解，这种材料以古老的篮子编织图案命名，结构独特，晶格状设计，由于电子波函数的量子相消干涉，可以产生不寻常的磁性和电子行为。

10 月 30 日发表在《自然通讯》上的研究结果显示，FeSn 的磁性来自局部电子，而不是科学家以前认为的移动电子。

这一发现挑战了现有的笼目金属磁性理论，在这些理论中，流动电子被假设为驱动磁行为。通过提供关于磁性的新视角，研究团队的工作可以指导为量子计算和超导体等先进技术应用开发具有定制特性的材料。

“这项工作有望激发对量子材料新兴特性的进一步实验和理论研究，加深我们对这些神秘材料及其潜在实际应用的理解，”物理学和天文学副教授、莱斯学院高级研究员 Yi 说。

研究人员使用一种结合分子束外延和角度分辨光电子能谱的先进技术，创建了高质量的 FeSn 薄膜并分析了它们的电子结构。他们发现，即使在高温下，笼目平坦带仍然分裂，这表明局部电子驱动材料中的磁性。这种电子相关效应为理解电子行为如何影响笼目磁体的磁特性增加了一个新的复杂性。

该研究还揭示了一些电子轨道显示出比其他轨道更强的相互作用，这种现象被称为选择性能带重整化，以前在铁基超导体中观察到，为电子相互作用如何影响笼目磁体的行为提供了新的视角。

“我们的研究强调了笼目磁铁中磁性和电子相关性之间的复杂相互作用，并表明这些影响在塑造它们的整体行为方面是不可忽视的，”莱斯学院初级研究员任说。

除了促进对 FeSn 的理解外，这项研究还对具有相似特性的材料具有更广泛的影响。对平带和电子相关性的见解可能会影响新技术的发展，例如高温超导体和拓扑量子计算，其中磁性和拓扑平带的相互作用会产生可用作量子逻辑门的量子态。

更多信息：郑任等人，笼目磁体薄膜中的持续平坦带分裂和强选择性带重整化，自然通讯（2024 年）。DOI： 10.1038/s41467-024-53722-3

期刊信息： Nature Communications