Квантовые магниты можно изучать с помощью спектроскопических исследований с высоким разрешением, чтобы получить доступ к магнитодинамическим величинам, включая энергетические барьеры, магнитные взаимодействия и время жизни возбужденных состояний. В новом отчете, опубликованном в журнале Science Advances , Саша Бринкер и группа ученых в области передового моделирования и физики микроструктур из Германии изучили ранее неизведанный вариант низкоэнергетического спинового возбуждения для квантовых спинов, связанных с электронной ванной. Команда объединила теории возмущений, зависящих от времени и многих тел, и спектры туннелирования, зависящие от магнитного поля, чтобы идентифицировать магнитные состояния наноструктур и рационализировать результаты, касающиеся ферромагнитных и антиферромагнитных взаимодействий. Атомные наномагниты привлекательны для изучения прядильных системх с электрической накачкой.

Аномальная магнитодинамика

Магнитодинамика в атомном масштабе является краеугольным камнем наноразмерных устройств, основанных на вращении, с приложениями в будущих информационных технологиях. Взаимодействие локальных спиновых состояний также играет решающую роль с локальной средой, определяя их свойства. Исследователи описали влияние эффектов орбитальной гибридизации, переноса заряда и присутствия близлежащих примесей как сильных факторов, влияющих на основное магнитное состояние, чтобы определить ряд магнитодинамических качеств, включая магнитную анизотропию.

Могут быть разработаны экспериментальные методы для прямого захвата этих свойств и анализа магнитных явлений классического и полуклассического описания в субнанометровых масштабах, чтобы выявить появление изысканных квантово-механических эффектов .. Эти достижения могут облегчить понимание классических вычислительных схем, чтобы задать темп для проверки идей и концепций с прямым влиянием на инновационные схемы квантовых вычислений на основе спина . В этой работе Бринкер и соавт. обсудили появление аномальных спектроскопических сигналов, сосредоточенных вокруг энергии Ферми отдельных атомов хрома , связанных с металлическим ниобием. Затем команда также описала эффект Кондо , возникающий в результате квантово-механического взаимодействия между электронами металла-хозяина и магнитной примеси, приводящий к локальным изменениям заряда и спина вокруг магнитной примеси; явление значимое в физике многих тел, но имеющее ограниченное техническое значение.

Адатомы

Команда описала магнитное поле атомов образца наряду с их эволюцией, когда адатомы были связаны путем создания атомарно созданных ферромагнитных и антиферромагнитных наноструктур. Адатомы или адсорбированные атомы — это атомы, которые лежат на поверхности кристалла и действуют как противоположность поверхностной вакансии. Используя моделирование из первых принципов, Brinker et al. далее выявлены парадигматические спектроскопические проявления спиновых возбуждений. В то время как исследователи ранее исследовали тонкие изолирующие подложки , здесь команда исследовала металлические подложки для разработки антиферромагнитных или ферромагнитных магнитов, состоящих из нескольких обменно-связанных атомов хрома. В качестве прототипа платформы они сосредоточились на атомах хрома (Cr), связанных с поверхностью ниобия (Nb), и подготовили кристалл Nb в соответствии ск предыдущим исследованиям и осаждал одиночные адатомы Cr непосредственно на холодную подложку. Затем они отрегулировали атомы, чтобы создать наноструктуру с изолированным атомом Cr, хорошо отделенным от окружающих атомов . Эта установка позволила им проанализировать влияние локальных магнитных моментов, связанных с электронной ванной, исключив при этом влияние соседних адатомов . Команда получила спектроскопические данные , поместив иглу непосредственно над адатомом Cr, и используя экспериментальный процесс, они измерили эволюцию спектроскопических данных и магнитное происхождение возбуждений, исследуя происхождение аномальных спектральных особенностей .. В отличие от адатомов, нанесенных на изолятор, магнитные моменты на металле испытывали дополнительные эффекты, включая магнитную анизотропию, зеемановскую энергию и магнитно-обменные взаимодействия. Модель учитывала все экспериментальные тенденции, связанные со сдвигом и расширением энергии, и позволяла ученым воспроизвести аномалии с помощью симуляций ab initio . Результаты выдвинули на первый план экспериментальные пределы, объяснив сложность идентификации аналогичных спектров спинового возбуждения, например, с кобальтом на медных и серебряных поверхностях, по сравнению с хромом на ниобии, как показано в этой работе.

Димеры и тримеры в длинные цепи