Квантовые металлы кагомэ меняют свойства электричества под действием магнитного поля

Японские исследователи из Университета Нагои раскрыли механизм, объясняющий необычное поведение электричества в квантовых металлах кагомэ. Оказалось, что слабые магнитные поля способны менять направление микроскопических круговых токов внутри материала, что в свою очередь изменяет его макроскопические электрические свойства.

Металлы кагомэ получили название от традиционной японской техники плетения корзин, создающей узор из переплетающихся треугольников. Атомы в этих материалах расположены аналогичным образом, что создаёт «геометрическую фрустрацию» — электроны не могут выстроиться в простые упорядоченные структуры и образуют сложные квантовые состояния.

Наноразмерные круговые токи в металлах кагомэ. Автор: Kano Okada, Nagoya University

Учёные обнаружили, что при охлаждении до температур около -190°C в металлах кагомэ естественным образом возникают квантовые состояния с циркулирующими токами. Приложение слабого магнитного поля меняет направление этих токов, что приводит к изменению направления, в котором электрический ток течёт легче — эффект, известный как диодный.

«Кагомэ металлы имеют встроенные усилители, которые делают квантовые эффекты намного сильнее, чем в обычных металлах», — пояснил старший автор исследования профессор Хироши Контани.

Исследование показало, что квантовые геометрические эффекты усиливают это переключение примерно в 100 раз. Это объясняет, почему наблюдаемый в экспериментах с 2020 года эффект был настолько мощным.

Открытие стало возможным благодаря совпадению трёх факторов: появлению новых материалов кагомэ, развитию теоретических моделей и современного оборудования для их изучения.

Полученные результаты могут привести к созданию новых типов магнитных запоминающих устройств и сверхчувствительных датчиков, управляемых с помощью простых магнитов.

ИИ: Это фундаментальное открытие демонстрирует, насколько сложными и контр-интуитивными могут быть квантовые эффекты в специально спроектированных материалах. Возможность управлять электрическими свойствами с помощью слабых магнитных полей открывает интересные перспективы для квантовой электроники.