Descobriu-se que os estados topológicos da superfície medeiam uma interação forte e não oscilatória que alinha os momentos magnéticos e melhora a ordem ferromagnética
Neste trabalho os investigadores exploram o que acontece quando um isolador topológico é colocado próximo a um isolador ferromagnético bidimensional. Experimentos mostraram que esse arranjo aumenta dramaticamente a temperatura de ordenação do ferromagneto. O estudo teórico demonstra que os elétrons superficiais do isolante topológico medeiam as interações entre os momentos magnéticos no materials ferromagnético vizinho, fortalecendo seu magnetismo geral.
Existem duas maneiras principais pelas quais os elétrons em um materials próximo podem atuar como mensageiros entre momentos magnéticos. A primeira é a bem conhecida interação Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida, que surge num steel a partir de eletrões ao nível de Fermi que produzem acoplamento oscilatório de longo alcance, normalmente num regime em que os momentos magnéticos são escassos. Esta é a interação Bloembergen-Rowland, muitas vezes esquecida, que na verdade acaba por dominar este sistema. Este mecanismo vem de transições virtuais entre as bandas de valência e de condução dos estados da superfície do isolante topológico e leva a interações ferromagnéticas fortes e de curto alcance entre os momentos magnéticos densos.
Identificar a interação Bloembergen-Rowland é significativo porque aumenta naturalmente o ferromagnetismo: é forte, não oscila e mantém os momentos magnéticos alinhados. Devido ao bloqueio spin-momento dos estados de superfície do isolador topológico, esta interação também possui uma anisotropia embutida que favorece o alinhamento magnético fora do plano. Os pesquisadores mostram que o aumento na temperatura de ordenação magnética é diretamente proporcional à suscetibilidade de Van Vleck dos elétrons da superfície do isolante topológico.
O estudo também examina como a hibridização entre as superfícies superior e inferior de um filme fino isolante topológico modifica a interação mediada e afeta a temperatura de ordenação magnética. Esta análise ajuda a explicar resultados experimentais recentes em heteroestruturas feitas de telureto de cromo e telureto de bismuto-antimônio. No geral, o trabalho esclarece como os estados topológicos da superfície influenciam o magnetismo nesses sistemas em camadas e fornece uma base para o projeto de dispositivos aprimorados em spintrônica, magnônica e tecnologias quânticas.
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