Elektroner, der lever på kanten

Forskere ved University of Tsukuba demonstrerede muligheden for, at elektroner bevæger sig, som om de var masseløse, når visse materialer kaldet "topologiske isolatorer" bestråles med laserstråler. Dette arbejde kan føre til en ny klasse af højeffektive elektroniske enheder og fotoniske krystaller.

Konventionelle elektroniske enheder er primært afhængige af siliciumkrystaller. Fra synspunktet om elektroner, der udgør de elektriske signaler, der strømmer gennem disse materialer, systemerne er så store, at de praktisk talt er uendelige. Dette får de fleste af de elektroniske strukturer til at ligne de matematiske løsninger af et "bulk" uendeligt gentagne gitter. Imidlertid, nylige fremskridt inden for faststoffysik har peget på muligheden for "topologiske isolatorer, " som er materialer, der normalt er elektriske isolatorer, men har tilstande, der eksisterer på kanten af ​​materialet. Disse overfladetilstande skabt af den bratte overgang fra materialet til det tomme rum har særlige egenskaber, såsom beskyttelse mod at blive forstyrret af uorden, som det kan ske med andre elektroniske tilstande. I visse tilfælde, elektronerne kan bevæge sig så frit, at de virker, som om de slet ikke havde nogen masse. Hvor spændende topologiske tilstande end er, meget er stadig ikke kendt om, hvordan man genererer dem, og hvordan de opfører sig.

Nu, et forskerhold ved University of Tsukuba har brugt teoretiske beregninger til at forudsige de elektroniske tilstande, der kan dannes, når en laser exciterer en topologisk isolator. Dette kan hjælpe med at udfylde huller i vores viden om disse materialer, fordi empiri er svær at fremskaffe. Forskerne var i stand til at vise, at Dirac siger, hvor elektroner begynder at virke masseløse, kan genereres på denne måde. "Eksperimenter med topologiske tilstande uden ligevægt forbliver sparsomme, selvom de har potentialet til at give en ny platform til at skabe uventede masseløse Dirac-tilstande, " siger seniorforfatter Ken-ichi Hino. Holdet var i stand til at forklare deres resultater som et resultat af skabelsen af ​​firedobbelte utilsigtede degenerationer ved højsymmetripunkterne. "Vi håber, at vores arbejde vil fremskynde processen med at undersøge topologiske isolatorer, " siger professor Hino. Resultaterne af dette projekt kan være med til at bane vejen for nye computersystemer, der spilder mindre energi på basis af disse materialer.