Eksotisk elektronisk effekt fundet i 2D topologisk materiale

Jülich-forskere har for første gang været i stand til at demonstrere en eksotisk elektronisk tilstand, såkaldte Fermi Arcs, i et 2D-materiale. Det overraskende udseende af Fermi-buer i et sådant materiale giver en forbindelse mellem nye kvantematerialer og deres respektive potentielle anvendelser i en ny generation af spintronik og kvanteberegning. Resultaterne er for nylig blevet offentliggjort i Nature Communications .

De nyligt opdagede Fermi-buer repræsenterer specielle—buelignende—afvigelser fra den såkaldte Fermi-overflade. Fermi-overfladen bruges i det kondenserede stofs fysik til at beskrive impulsfordelingen af ​​elektroner i et metal. Normalt repræsenterer disse Fermi-overflader lukkede overflader. Undtagelser såsom Fermi-buerne er meget sjældne og er ofte forbundet med eksotiske egenskaber som superledning, negativ magnetoresistens og unormale kvantetransporteffekter.

Dagens teknologiske udfordring er at udvikle "on-demand" kontrol af fysiske egenskaber i materialer. Sådanne eksperimentelle tests har imidlertid stort set været begrænset til bulkmaterialer og er vigtige store udfordringer inden for videnskaben om kondenseret stof. Med sit banebrydende paradigme præsenterer resultaterne en lovende ny grænse for kvantekontrol af topologiske tilstande i lavdimensionelle systemer med eksterne midler - det eksterne magnetfelt, der tilbyder hidtil usete muligheder på 2D-materialer til kunstig intelligens såvel som fremtidig informationsbehandling.

Det analyserede materiale er et såkaldt topologisk 2D-materiale. Topologiske materialer har særlige egenskaber, der opstår på grund af elektronernes interaktioner med krystalstrukturen og er beskyttet mod forstyrrende påvirkninger. 2D-materialer er på den anden side materialer, der kun består af ét lag af atomer eller molekyler, og der forskes intensivt på grund af deres usædvanlige egenskaber. Et velkendt eksempel er grafen, som består af et-lags kulstof.

Grafen udviser eksotiske fysiske egenskaber sammenlignet med dets bulk modstykke. Materialet nævnt i papiret er et 2D-jernatomlag. Sammenlignet med grafen er disse 2D hybridmagneter en klasse af materialer, der afslører yderligere nye fænomener i enkeltlagsgrænsen. For eksempel kan det føre til potentielle anvendelser af den chirale anomali i enheder og åbne et nyt forskningsområde inden for de stærkt korrelerede topologiske materialer.

Til arbejdet udførte forskerne eksperimenter ved Elettra Synchrotron i Trieste, Italien. Der driver et internationalt konsortium ledet af Forschungszentrum Jülich det spin-opløsende Momentum Microscope ved NanoESCA-strålelinjen. + Udforsk yderligere

Forskere designer og syntetiserer en ny lagdelt luftstabil topologisk krystallinsk isolatorkandidat