Quasi-symmetri i CoSi afslører ny type topologisk materiale

Lige siden opdagelsen af ​​kvante-Hall-effekten (Nobelprisen 1985) har symmetri været det ledende princip i søgen efter topologiske materialer. Nu har et internationalt hold af forskere fra Tyskland, Schweiz og USA introduceret et alternativt vejledende princip, "kvasi-symmetri", som fører til opdagelsen af ​​en ny type topologisk materiale med stort potentiale for anvendelser inden for spintronik og kvanteteknologier. Dette arbejde er blevet offentliggjort i Nature Physics .

Til forskel fra en egentlig symmetri, som virker på hele objektet ensartet, virker kvasisymmetrioperationen selektivt på forskellige dele af systemet. Et forenklet eksempel kan være et ufuldstændigt spejlbillede, hvor nogle dele af objektet spejles, mens andre ikke er det. Teoretisk svarer det til et system, der har nøjagtig symmetri, når man kun tager den grundlæggende tilnærmelse i betragtning, mens yderligere approksimative termer bryder en sådan symmetri. I den elektroniske båndstruktur af et fast stof fremtvinger dette endelige, men parametrisk små energigab på nogle lavsymmetripunkter i momentumrummet.

I deres nye arbejde demonstrerer forskerne, at kvasisymmetri i semi-metallet CoSi stabiliserer små energigab over et stort næsten degenereret plan. Dette afspejles i den måde, hvorpå elektronerne bøjes i cirkulær bevægelse af et magnetfelt, kendt som kvanteoscillationer. Anvendelsen af ​​in-plane strain bryder krystalsymmetrien, som kun skiller de tilsvarende degenererede punkter, men de quasi-symmetri-beskyttede punkter forbliver intakte, observerbare af nye magnetiske nedbrydningsbaner. Disse resultater viser et af de vigtigste træk ved kvasisymmetri:dens robusthed mod kemiske og fysiske forstyrrelser.

De fleste af de topologiske materialer, der er opdaget i de senere år, kræver præcis konstruktion af deres kemiske sammensætning, for at de er relevante for fremtidige teknologiske anvendelser. I modsætning hertil eliminerer kvasisymmetrier behovet for en sådan finjustering, da de topologiske træk kan findes ved ethvert vilkårligt kemisk potentiale. Desuden er kvasisymmetri-beskyttede topologiske materialer robuste mod enhver fysisk deformation, der bryder den krystallinske symmetri. Desuden er kvasisymmetribeskyttede topologiske materialer robuste over for fysiske deformationer, som bryder den krystallinske symmetri, en nøgleforudsætning for deres teknologiske anvendelse via tyndfilmsprocesser.

Disse funktioner demonstrerer en ny klasse af topologiske materialer med øget modstandsdygtighed over for forstyrrelser, hvilket forenkler deres anvendelse i teknologi. Forskerne mener, at dette første eksempel repræsenterer et vigtigt skridt i retning af at afdække topologiske materialer ud over de sædvanlige rumgruppeklassifikationer, hvilket kan hjælpe samfundet til ikke at overse, hvad der kan være skjult i almindeligt syn. + Udforsk yderligere

Observation af ikke-triviel superledning på overflade af type II Weyl semimetall