Forskere viser en ny måde at fremkalde nyttige defekter ved hjælp af usynlige materialeegenskaber

Inden for materialevidenskab spiller defekter en afgørende rolle i styringen af ​​materialets egenskaber og deres ydeevne i forskellige applikationer. Mens de fleste teknikker inducerer defekter gennem fysiske midler, demonstrerede et team af forskere fra Japan, Sydkorea og USA en innovativ tilgang til selektivt at skabe defekter ved hjælp af såkaldte Weyl-punkter, som er topologiske kvantematerialeegenskaber, der manifesterer sig som "usynlige" punkter hvor lednings- og valensbånd skærer sig i materialet.

Weyl-punkter er fascinerende topologiske singulariteter, der opstår i visse krystaller og har tiltrukket sig betydelig opmærksomhed for deres potentiale i at skabe nye elektroniske enheder. Ved at udnytte kraften fra Weyl-punkter opdagede forskerne en ny måde at fremkalde lokaliserede punktdefekter, der væsentligt ændrer materialets elektroniske struktur og fysiske egenskaber.

Deres metode er afhængig af at indføre et bestemt kemisk element i materialet, niobium, som fungerer som en topologisk "katalysator." Dette katalysatorelement udløser fremkomsten af ​​Weyl-punkter og fører til selektiv dannelse af punktdefekter i dets umiddelbare nærhed.

Forskerne brugte state-of-the-art teknikker, herunder scanning tunneling microscopy (STM), til direkte at visualisere og karakterisere disse Weyl-punkt-inducerede defekter. Gennem omfattende målinger og teoretiske simuleringer udpegede de den præcise placering af defekterne og deres indvirkning på materialets elektriske og termiske egenskaber.

Resultaterne giver ikke kun en ny metode til at skræddersy topologiske materialers egenskaber, men giver også en dybere indsigt i de grundlæggende mekanismer, der ligger til grund for samspillet mellem topologiske egenskaber og defekter i kvantematerialer. Dette arbejde åbner nye veje til at udforske og udnytte Weyl-punkter til at manipulere og forbedre funktionaliteten af ​​materialer i avancerede teknologier, herunder elektronik, energikonvertering og kvanteinformationsbehandling.