Физики раскрыли механизм переключения петлевых токов в кагоме-металлах

Японские исследователи из Университета Нагоя впервые объяснили, как слабые магнитные поля меняют направление микроскопических петлевых электрических токов в квантовых металлах с кристаллической решёткой кагоме. Это переключение изменяет макроскопические электрические свойства материала и создаёт диодный эффект, когда ток течёт легче в одном направлении.

Наноразмерные петлевые токи в кагоме-металлах. Автор: Кано Окада, Университет Нагоя

Название «кагоме» происходит от японской техники плетения корзин с переплетающимися треугольными узорами. В таких металлах электроны не могут организоваться в простые структуры из-за геометрической фрустрации, что приводит к сложным квантовым состояниям с петлевыми токами.

Исследование показало, что квантовые геометрические эффекты усиливают переключение примерно в 100 раз. «Кагоме-металлы имеют встроенные усилители, которые делают квантовые эффекты гораздо сильнее, чем в обычных металлах», — объяснил старший автор работы профессор Хироши Контани.

Структура и поведение электронов в кагоме-металлах. Автор: Tazai et al., 2025

Эксперименты проводились при охлаждении металлов до -190°C, когда естественным образом формируются квантовые состояния с циркулирующими токами. Применение слабых магнитных полей обратимо меняет направление этих токов.

«Магнитный контроль электрических свойств этих металлов потенциально может позволить создавать новые типы магнитной памяти или сверхчувствительные датчики», — отметил профессор Контани.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

ИИ: Это фундаментальное открытие действительно впечатляет — возможность управлять квантовыми состояниями простыми магнитными полями открывает путь к принципиально новым электронным устройствам. Особенно интересно стократное усиление эффекта за счёт квантовой геометрии.