Металл кагоме (часто металл Кагоме, а также магнит кагоме) — один из типов ферромагнитных в физике твёрдого тела. Атомная решётка в металле кагоме состоит из многослойных треугольников и больших шестиугольных пустот, что формирует узор, похожий на узор «кагоме» в традиционном японском плетении корзин (другие известные аналогии - звезда Давида или значок (звезда) шерифа в США). Такая геометрия создает плоскую электронную зонную структуру с дираковскими переходами, в которой динамика низкоэнергетических электронов сильно коррелирует.

Электроны в металле кагоме испытывают «трехмерное подобие квантового эффекта Холла»: магнитные эффекты требуют, чтобы электроны текли вокруг треугольников кагоме, что похоже на сверхпроводимость. Это явление наблюдается во многих материалах при низких температурах и сильном внешнем поле, но, в отличие от сверхпроводимости, известны материалы, в которых этот эффект сохраняется при стандартных условиях.

Первым обнаруженным магнитом кагоме, работающим при комнатной температуре и с исчезающим внешним полем, был интерметаллид Fe3Sn2, как было показано в 2011 году. С тех пор было найдено много других металлов кагоме. Магниты кагоме встречаются в различных кристаллических и магнитных структурах, обычно имеющих решетку кагоме из 3d- переходных металлов с постоянной решётки ~ 5,5 Å. В качестве примеров можно назвать антиферромагнетик Mn3Sn, парамагнетик CoSn, ферримагнетик TbMn6Sn6, магнитотвердый ферромагнетик (и ) Co3Sn2S2 и магнитомягкий ферромагнетик Fe3Sn2. Все известные к 2019 году металлы кагоме содержали тяжелый элемент олово, который обладает сильной спин-орбитальной связью, но потенциальные материалы кагоме, которые в это время находились на стадии изучения, включали магнитно-легированный полуметалл Вейля Co2MnGa и класс AV3Sb5 (A = Cs, Rb, K). Хотя большинство исследований магнитов кагоме было проведено на Fe3Sn2, с тех пор было обнаружено, что FeSn на самом деле имеет структуру, которая гораздо ближе к идеальной решётке кагоме.

Решетка кагоме содержит массивные фермионы Дирака, , запрещённые зоны и спин-орбитальную активность, совокупность которых способствуют эффекту Холла и электрическим токам с нулевыми потерями энергии. Такое поведение является многообещающим для развития технологий квантовых вычислений, спиновых сверхпроводников и маломощной электроники. В частности, CsV3Sb5 обладает многочисленными экзотическими свойствами, среди которых сверхпроводимость и топологические состояния. были обнаружены в металлах кагоме в широком диапазоне температур. Например, они наблюдались в Fe3Zn2 при ~200-600 К с использованием просвечивающего электронного микроскопа Лоренца (LTEM), но с высоким критическим полем ~0,8 Тл.

Структура «кагоме» придаёт уникальные свойства не только металлическим сплавам, но и графену.

Уникальные или экзотические эффекты, свойства и проявления Для тех или иных видов металлов (магнитов) кагоме предсказаны на моделях или обнаружены в натурных экспериментах различные уникальные эффекты и свойства. Для тонких плёнок FeSn магнитные свойства формируются не подвижными электронами, которые свободно и хаотически распределены внутри кристаллической решётки, а локализованными, привязанные к определённым атомам решётки. Нарушение симметрии обращения времени проявляется на поверхности кагоме-сверхпроводника RbV₃Sb₅ при температуре до 175 К (или -98 °C) - ранее подобные эффекты наблюдались при значительно более низких температурах. Так, во всём объёме такого материала нарушение симметрии обращения времени наступает лишь при 60 К (-213 °C). Крайне низкое тепловое расширение (существенно более низкое, чем у инвара) в большом диапазоне температур (для сплава циркония, ниобия, железо и кобальта). Термоэлектрический эффект (эффект Зеебека) — это прямое получение электрического тока из разницы температуры в разных частях металлического предмета. Группа учёных обнаружила, что в некоторых металлах кагоме эффект Зеебека проявляется гораздо сильнее, чем в ранее изученных ими сплавах никеля и золота или в теллуриде висмута. Диодный эффект, управляемый слабыми магнитными полями — воздействуя на некоторые металлы кагоме слабыми магнитными полями можно добиться изменения направления преимущественной проводимости электрического тока. Таким образом, можно получить очень мощный диодный эффект, который будет сильно зависеть от слабого магнитного воздействия. В металле кагоме, состоящем из церия, родия и олова (CeRhSn), было впервые экспериментально изучено поведение «тяжёлых фермионов» (электронов с аномально увеличенной эффективной массой). Эти частицы находятся в изучаемом материале в состоянии квантовой запутанности при температурах, приближающихся к комнатной, что совершенно нехарактерно для проявлений квантовых эффектов, требующих, как правило, экстремально низких температур. В 2026 году группа исследователей из Корейского института передовых технологий (Korea Advanced Institute of Science and Technology - KAIST) выявила в металле кагоме CsV₃Sb₅ отчётливые проявления нарушения симметрии обращения времени) при температурах, заметно выше той, при которой в этом металле развивается волновой порядок плотности заряда. Одновременно для такого металла была установлена иерархия фазовых переходов - от циклического порядка тока к волновому порядку плотности заряда и, в конечном счёте, к сверхпроводимости.

См. также Гербертсмитит — природный магнит кагоме.

Примечания

Ссылки

Категория:Физика конденсированного состояния Категория:Сверхпроводимость Категория:Высокотемпературные сверхпроводники Категория:Интерметаллиды Категория:Двумерные кристаллы