Eksoottisia kvanttivaikutuksia

Kuva esittää toistuvan 2D-kuvion sellaisesta ominaisuudesta, joka liittyy sähkön johtokykyyn ja tunnetaan pinta-Fermi-kaarena. Näytteenä rodium-pii -kide.

Materiaalien elektronien kvanttikäyttäytyminen on nykyaikaisen elektroniikan ja tietotekniikan perusta. Kvanttimateriaalit, joissa on topologisia elektronisia ja optisia ominaisuuksia ovat välttämättömiä kvantisoitujen elektronisten vasteiden toteuttamiseksi seuraavan sukupolven tekniikassa.

Kiteillä, joilla on ”kätisyys”, on epätavallisia ominaisuuksia. Uudet todisteet viittaavat siihen, että ne voivat järjestää elektroneja, jotka liikkuvat kuten hidastunut valo ja niiden kollektiivinen käyttäytyminen jäljittelee magneettisia monopoleja.

Princetonin yliopistossa ja Berkeley Labissa toiminut kansainvälinen tutkijaryhmä on havainnut, että tietynlaiset kideluokat, joilla on epäsymmetria, kuten biologinen ”kätisyys”, tunnetaan kiraalisina kiteinä, saattavat kätkeä elektroneja, jotka käyttäytyvät odottamattomilla tavoilla.

”Ennen työtämme, kiraalisten kiteiden elektronien kvanttitason ominaisuuksia oli harvoin tutkittu”, sanoi tutkimuksen johtaja M. Zahid Hasan. ”Tämä ratkaiseva työ avaa uuden alueen topologisten materiaalien etsintään.”

Kiraaliset kiteet ovat fyysikoille erittäin kiinnostavia niiden magneettisten, optisten, johtavuuden ja erityisesti niiden topologisten ominaisuuksien vuoksi.

"Aineen topologiset ominaisuudet ovat nousseet yhdeksi modernin fysiikan halutuimmista aarteista sekä perustavanlaatuisesta näkökulmasta että mahdollisten sovellusten löytämisestä seuraavan sukupolven kvantti- ja nanoteknologioille." Hasan visioi".

Aiempiin tuloksiin tukeutuen tutkijat päättelivät, että kiraaliset kiteet pystyvät isännöimään uusia muotoja Weyl-fermioneja - elektroneja, jotka käyttäytyvät kollektiivisesti kuin ne olisivat massattomia.

Ryhmä sovelsi näitä ideoita kiraalisille kiteille ja löysi odottamattomia tuloksia liittyen niiden elektronisiin, optisiin ja topologisiin käyttäytymisiin, mikä johdatti aiheen nimeksi "topologiset kiraaliset kiteet".

Koska näytteiden elektroninen käyttäytyminen näyttää jäljittelevän kiteiden kiraalisuutta, Hasan toteaa, että syntyy monia väyliä tutkittavaksi, kuten testata, voidaanko suprajohtavuus siirtää muiden materiaalien välillä topologiseen johteeseen.

”Tämä voisi johtaa uudenlaiseen suprajohteeseen,” hän sanoi, ”tai uuden kvanttivaikutuksen tutkimiseen. Onko mahdollista saada kiraalinen topologinen suprajohde? "

Vaikka viimeisimmässä tutkimuksessa rodium-pii- ja koboltti-pii kiteissä havaittuja topologisia ominaisuuksia pidetään ihanteellisina, on olemassa monia muita tunnistettuja materiaaleja, joita voidaan tutkia ja arvioida niiden mahdollisuuksia parantaa suorituskykyä todellisissa sovelluksissa, Zahid Hasan toteaa Berkely Labin tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Uusia materiaaleja elektroniikalle

Solitoneillako uutta elektroniikkaa?