Новый класс материалов показывает странные электронные свойства

Метод наблюдения нового класса топологических материалов, называемый полуметаллами Вейля, был разработан исследователями из Университета штата Пенсильвания, Массачусетского технологического института, Университета Тохоку (Японии) и Индонезийского института наук.

Необычные электронные свойства материала могут быть полезны в будущей электронике и квантовой физике.

Полуметаллы Вейля

«Полуметаллы Вейля интересны тем, что их перенос электронов демонстрирует необычное поведение», - говорит Шэнси Хуанг, доцент кафедры электротехники из университета штата Пенсильвания. «Например, они могут показывать отрицательное магнитосопротивление, что означает, что когда вы применяете магнитное поле, сопротивление падает. У многих обычных материалов оно увеличивается».

Подписывайтесь на наш youtube канал!

В полуметаллах Вейля структура электронных зон отличается от нормальной. Электроны имеют хиральность, что означает «несовместимость». Хиральность связана со спином и направлением движения электронов. Электроны с левой хиральностью движутся в направлении, противоположном его спину, в то время как электроны с правой хиральностью движутся в том же направлении, что и его спин.

«Как правило, материал должен иметь некоторый вид сохранения, например, сохранение нейтральности заряда - это означает, что если у вас есть определенное количество отрицательных зарядов, у вас будет такое же количество положительных зарядов», - говорит Кунян Чжан, аспирант и руководитель Хуанга, а также автор статьи в журнале Physical Review. «Как правило, у вас будет такое же количество правосторонних электронов, как и левосторонних. Но в этом материале дело обстоит иначе, и это, похоже, усиливает новые свойства переноса электронов».

Команда решила использовать свет для изучения своеобразного поведения электронов, потому что он прост в использовании и проще, чем создание сложных устройств. Свет взаимодействует с электронами, а также с решеткой, заставляя атомы вибрировать, создавая фононы. Фононы и электроны взаимодействуют, и рамановские сигналы (разница между лазером и рассеянным светом) могут показать необычное поведение электронов.

Основной результат работы исследователей - показать, что симметрия материала нарушена. В принципе, этот кристаллический материал должен иметь четырехкратную симметрию, что означает, что когда кристалл поворачивается на 90°, его свойства точно такие же. Однако в этом исследовании, если полуметалл Вейля повернут на 90°, наблюдается отклонение от симметрии.

Кроме того, этот материал должен демонстрировать три пика в спектре комбинационного рассеяния, но в одном 633-нанометровом, красном, световом возбуждении один пик отсутствует. Это необычно, по мнению исследователей. Объяснение кроется в зонной структуре полуметалла Вейля. Когда электроны взаимодействуют со светом, они поглощают достаточно энергии, чтобы перейти в более высокое состояние. В полуметаллах Вейля есть много высших состояний, очень близких друг к другу. Взаимодействие электронов, прыгающих на две соседние орбитали, может нарушить симметрию.

В этом типе материала электроны могут течь без какого-либо обратного рассеяния при определенных условиях, что делает его хорошей платформой для будущей электроники. Существует также связь с квантовыми вычислениями, поскольку материал, который не рассеивается, потенциально может быть использован в квантовых кубитах.

«Мы предоставляем сообществу простой способ понять электронное поведение этого материала», - заключил Хуанг. «И этот метод можно распространить».

Затем команда попытается изучить фонон и электронное взаимодействие при пониженной температуре, ниже 10 К, где поведение должно быть совершенно другим. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet