Observation af topologisk beskyttede magnetiske kvasipartikler

Et team af forskere fra Tohoku University, J-PARC, og Tokyo Institute of Technology gennemførte en dybdegående undersøgelse af magnetiske kvasipartikler kaldet "triploner". Teamet gennemførte undersøgelsen med en lavdimensionel kvantemagnet, Ba ₂ CuSi ₂ O ₆ Cl ₂ , ved hjælp af neutronelastisk spredning af AMATERAS ved J-PARC. Deres fund fører til opdagelsen af ​​en ny "topologisk beskyttet triplonkantstilstand" i den førnævnte forbindelse.

Den konceptuelle opdagelse af en topologisk isolator skaber opmærksomhed fra et grundlæggende og teknologisk aspekt. Undersøgelsen viste, at vi kan forvente en ikke-dissipativ elektronstrøm, ellers kendt som en "kant-tilstand, "at blive vist på overfladen af ​​topologiske isolatorer på grund af forskellen i topologiske egenskaber mellem indersiden og ydersiden af ​​den topologiske isolator.

Der er gjort en enorm indsats for at realisere den topologiske kanttilstand i virkelige todimensionale og tredimensionelle elektroniske materialer, da denne ikke-afledende strøm har potentialet til at blive udnyttet til energieffektiv informationstransmission og behandling i fremtiden.

Edge-state-konceptet gælder ikke kun for elektroner, men til kvasipartikler, som bærer spin -strøm i materialer, stammer fra elektron -spin -udsving såsom magnoner og triploner. Imidlertid, til dato, kun få eksempler har vist bosoniske kvasipartikler med topologiske tegn.

Brug af neutronelastisk spredning af AMATERAS ved J-PARC, teamet var i stand til præcist at bestemme spredningsforholdet mellem triploner i kvantemagneten Ba ₂ CuSi ₂ O ₆ Cl ₂ . De observerede dispersionsrelationer fastsætter parametre i modellen Hamiltonian, hvilket faktisk, viser, at forbindelsen er en ny erkendelse af Su-Schriffer-Heeger (SSH) -modellen-den mest grundlæggende model for at fastslå topologiske isolatorer. SSH -modellen er kendt for at svare til et enkelt spin under et fiktivt magnetfelt. Spredningsforholdet, såvel som det fiktive magnetfelt, er vist i titelbilledet.

Når kvasepartiklen bevæger sig fra venstre mod højre i figuren, et fiktivt magnetfelt foretager en enkelt rotation. Samtidigt, quasiparticle faser roterer halvvejs, hvilket fører til en utrivelig topologi. Denne utrivelige topologi af triploner fastslår, at kanttilstande eksisterer midt i Ba's energigab ₂ CuSi ₂ O ₆ Cl ₂ .Observationen af ​​topologiske triploner bør fremskynde påvisningen af ​​kanttilstandees magnetiske og termodynamiske egenskaber, og kan føre til videreudvikling af energieffektive informationstransmissions- og behandlingsmaterialer.