Yüksek dereceli topolojik yalıtkanlar olarak bilinen malzemelerin yeni keşfedilen "yüzey imzası", bunların tanımlanmasını kolaylaştırabilir; bu şimdiye kadar zorlayıcı bir görevdi. ABD, Fransa, Çin ve İrlanda'daki araştırmacılar tarafından geliştirilen teknik, malzemenin yüzeyinden yansıyan gelen bir ışık ışınının polarizasyonundaki değişiklikleri ölçmeyi içerecektir. Henüz deneysel olarak kanıtlanmamış olsa da bu teknik, bu olağandışı malzemelerin özelliklerinden yararlanan kuantum bilgisayarların ve spintronik cihazların geliştirilmesinde faydalı olabilir.

2008 yılında keşfedilen topolojik yalıtkanlar, elektriği kenarları veya yüzeyleri boyunca çok iyi ileten ve aynı zamanda kütlesel olarak yalıtkan görevi gören malzemelerdir. Bazı topolojik yalıtkanlarda kenar durumu elektrik akımı, enine bir dönüş akımına neden olur. Bu malzemeler, güçlü manyetik alanların elektrik akımının bir yarı iletkenin kenarı boyunca akmasını tetiklediği, daha iyi bilinen kuantum Hall etkisine benzetilerek kuantum spin Hall sistemleri olarak bilinir.

Bir topolojik yalıtkanın kenar durumlarında elektronlar yalnızca bir yönde hareket edebilir. Normal iletkenlerden farklı olarak geri saçılma yapmazlar. Bu dikkat çekici davranış, topolojik yalıtkanların elektrik akımını sıfıra yakın dağılımla taşımasına olanak tanıyor; bu özellik, bu tür cihazları bugün olduğundan çok daha fazla enerji verimli hale getirmek için bundan yararlanmayı uman elektronik cihaz geliştiricileri arasında büyük ilgi görüyor.

Yaklaşık son on yılda, daha da tuhaf özelliklere sahip ek topolojik malzemeler (Dirac yarı metalleri, Weyl yarı metalleri ve aksiyonik yalıtkanlar dahil) ortaya çıktı. Son zamanlarda, kütleleri, yüzeyleri ve kenarları boyunca yalıtkan, ancak menteşeler veya köşelerde iletken olan malzemelerin var olduğu teorik olarak ortaya atılmıştır. Bu sözde yüksek dereceli topolojik yalıtkanlardaki (HOTI'ler) menteşe durumları, spintronik çalışmaları açısından ilgi çekicidir çünkü bunlardaki elektron yayılımının yönü, elektronların dönüşüyle ​​ilgilidir. HOTI'ler ayrıca, var oldukları kesin olarak kanıtlanabildikleri sürece, hataya dayanıklı kuantum hesaplamada uygulamaları olan Majorana fermiyonları için de umut vaat ediyor.

Diğer etkilerden ayırt edilmesi zor

Prensipte HOTI'ler son derece ayırt edicidir çünkü elektriği yalnızca yüzeylerindeki tek boyutlu çizgiler boyunca, yani bir sınırın sınırı boyunca iletirler. Ancak pratikte bunların tespit edilmesi zordur çünkü diğer olaylar (örnekteki kristal kusurlar dahil) benzer deneysel imzalar üretebilir. HOTI özelliklerinin yalnızca alışılmadık derecede yüksek derecede simetriye sahip malzemelerde ortaya çıkacağının tahmin edilmesi, işleri daha da karmaşık hale getiriyor. Barry Bradlyn, bir fizikçi Urbana-Champaign'de Illinois ÜniversitesiYeni çalışmanın eşbaşkanlarından biri olan ABD. Bradlyn, "Bunun için gerçekçi olmayan mükemmel kristal yapılar gerekiyor ve şimdiye kadar, bizmut elementi de dahil olmak üzere yalnızca bir avuç malzeme, bu malzeme kategorisiyle tutarlı deneysel imzalar gösterdi" diyor.

ayrıntılı olarak inceledikleri çalışmalarında, Doğa İletişim, Bradlyn ve meslektaşları bir HOTI'nin büyük kısmı boyunca yayılan elektronları analiz ederek, elektronların yukarı veya aşağı olabilen dönüşüne odaklandılar. Numuneye bir elektrik voltajı uygulandığında, bu iki dönüş durumu karşıt taraflarda birikecektir. Araştırmacılar, bu dönüş konfigürasyonunun, manyeto-optik Kerr etkisi olarak bilinen ve gelen bir ışık ışınının bir numunenin yüzeyinden yansıdığında polarizasyonunun değiştiği bir fenomen aracılığıyla ölçülebilir bir imza üreteceğini hesapladı.

Ekibin hesaplamalarına göre, bir HOTI malzemesinin yüzeyindeki her dönüş durumundan kaynaklanan polarizasyon değişimi, sıradan bir 2D yalıtım yüzeyi için beklenenin tam olarak yarısı kadar olacaktır. Bradlyn, "Yüzeydeki bu 'dönme çözümlü' yanıt heyecan vericidir, çünkü HOTI malzemeleri için sağlam bir deneysel imzaya yönelik ilk öngörüyü vermektedir."

Bradlyn, ekibin bu çalışmada tanımladığı HOTI'lerin özelliklerinin kuantum hesaplama ve spintronik cihazlarda çok faydalı olabileceğini ancak araştırmacıların önce bunları bir deneyde görmesi gerektiğinin altını çiziyor. "Çalışmamızın, eğer onları nasıl arayacağınızı biliyorsanız, topolojik malzemelerin iç ve yüzeylerinin hala birçok gizemli ve avantajlı özelliğe ev sahipliği yaptığını göstermesini umuyoruz" diyor.

Araştırmacılar şimdi diğer simetriler tarafından korunan topolojik kristal izolatörleri analiz etmek için formalizmlerini genişletmeye çalışıyorlar. Bradlyn, "Ayrıca süper iletken sistemlere de bakacağız" dedi. Fizik dünyası.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/surface-signature-could-distinguish-exotic-topological-insulators/