Forskere designer og syntetiserer en ny lagdelt luftstabil topologisk krystallinsk isolatorkandidat

Udforskning af nye topologiske materialer og relaterede faseovergange har været et centralt forskningstema i kondenseret stoffysik og materialevidenskab. Topologiske materialer med ikke-trivielle anti-båndkrydsninger har tiltrukket sig stor opmærksomhed. Timeglas-fermion-overfladetilstand, placeret ved toppunktet i halsen af ​​en timeglaslignende dispersion, muliggør udforskning af bemærkelsesværdige topologiske faser, såsom timeglas-Weyl-punktet, bevægelse langs højsymmetrilinjer og timeglasknudekæder eller -net. Ved at introducere ikke-symmorfe symmetri-bevarede mellemlagskoblinger kan timeglasfermionoverfladetilstanden i topologiske krystallinske isolatorer (TCI'er) opnås.

Siden videnskabsmænd teoretisk forudsagde de ikke-symmorfe TCI'er KHgX (X =As, Sb og Bi) med den timeglaslignende dispersion i 2016, er eksperimenterne med forskellige teknikker blevet udført for at observere den timeglaslignende dispersion i KHgSb, lagdelte forbindelser M₃ Site₆ (M =Nb, Ta), og tredimensionelle bulksystemer som perovskit iridater eller nogle oxider med ikke-symmorf symmetri. Timeglas-fermion-overfladetilstande bliver dog sjældent verificeret for ulemperne, herunder luftfølsomhed, diverse bånddispersioner, der krydser Fermi-niveau (E_F ), og udfordring af spaltning i de ovenfor nævnte kandidater. Det er således meget ønsket at opdage egnede kandidatmaterialer med timeglasfermionoverfladetilstande for at udforske deres spændende egenskaber og nye topologiske faser.

I 2020, Qian et al. teoretisk demonstreret, at timeglasfermionoverfladetilstand kan realiseres i orthorhombisk LaSbTe med zig-zag Sb-atomlag stablet langs en akse med nonsymmorf symmetri. Ortorhombisk LaSbTe er dog ikke blevet eksperimentelt tilgængelig indtil videre, snarere tetragonal LaSbTe og La-substitueret RESbTe (RE =sjælden jordart) er blevet rapporteret.

For nylig har Chen Hongxiang, Chen Long, Prof. Wang Gang Wang, et al. fra Institut for Fysik ved det kinesiske videnskabsakademi (IOP, CAS) har sammen med samarbejdspartnere designet og syntetiseret en ny lagdelt luftstabil topologisk krystallinsk isolatorkandidat ErAsS.

Krystalstrukturen af ​​ErAsS er bestemt til at være ortorombisk Pnma (nr. 62) ved brug af enkeltkrystal røntgendiffraktion og bekræftes yderligere af højvinklet ringformet-mørkt felt ved brug af scanningstransmissionselektronmikroskopi.

Ifølge resultaterne af enkeltkrystal neutrondiffraktion ved COROLLI, SNS og beregninger af de første principper, inducerer det forvrængede As-atomlag og den magnetiske rækkefølge af Er i dette nyopdagede materiale ikke kun timeglasfermionoverfladetilstanden, men også det magnetisk indstillede eksotiske materiale. faser inklusive den mulige magnetiske topologiske krystallinske isolator.

Udgivet i Advanced Materials , viser disse resultater en ny og eksperimentelt tilgængelig TCI-kandidat med timeglasfermionoverfladetilstand og eksotiske faser tunet af magnetisk struktur, hvilket demonstrerer potentialet i dybt at undersøge timeglasfermionoverfladetilstanden og samspillet mellem magnetisme og topologi. + Udforsk yderligere

En fysikskat skjult i et tapetmønster