Takım, kagome kafesinde beklenmedik kuantum davranışını keşfeder

Takım, kagome kafesinde beklenmedik kuantum davranışını keşfeder
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın

[ad_1]

Princeton liderliğindeki ekip, kagome kafesinde beklenmedik kuantum davranışını keşfetti

Topolojik bant yapısına sahip bir kagome süperiletken malzemesinde görülen yeni tip şarj düzeninin şeması. Koyu ve açık mavi küreler, Japon dokuma sepet desenine benzerliği nedeniyle adlandırılan kagome kafesini oluşturur. Rengin gölgesi, yükün kısmi dağılımını temsil eder. Kafesteki dağıtılmış renkler, deney tarafından belirlendiği gibi kiralite veya elle kullanım ile beklenmedik sıralama modelini gösterir. Kredi: Y.-X. Jiang, J.-X. Yin ve MZ Hasan, Princeton Üniversitesi

Princeton Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından yönetilen uluslararası bir ekip, yeni bir süper iletken malzemede elektrik yükünün yeni bir düzenini ortaya çıkardı.


Araştırmacılar, kagome kafesi olarak bilinen tuhaf bir yapıda düzenlenmiş atomları içeren bir malzemede yeni bir düzen türü keşfettiler. Araştırmacılar elektronun dönüşünün nasıl manyetizma üretebileceğini zaten anlamış olsalar da, bu yeni sonuçlar, yükün bir döngüde kendiliğinden akıp akıp akmadığını ve uzayan güçlerin hakim olduğu manyetizma üretip üretemeyeceğini ele alan başka bir tür kuantum düzeninin, yani yörünge manyetizmasının temel anlayışına ilişkin içgörüler sağlıyor. bir atom kafesindeki elektronların yörüngesel hareketi. Bu tür yörünge akımları, anormal Hall etkileri gibi olağandışı kuantum etkileri üretebilir ve nispeten yüksek sıcaklıklarda geleneksel olmayan süper iletkenliğin öncüsü olabilir. Çalışma dergide yayınlandı Doğa Malzemeleri.

“Manyetik alan aracılığıyla da ayarlanabilen topolojik bant yapısına sahip bir kagome süper iletkeninde yeni bir şarj düzeninin keşfi, gelecekteki temel fizik ve sonraki temel fizik için kuantum topolojisi ve süper iletkenliği kontrol etme ve kullanmada yeni ufukların kilidini açabilecek önemli bir adımdır. araştırma ekibine liderlik eden Princeton Üniversitesi’nde Eugene Higgins Fizik Profesörü M. Zahid Hasan.

Keşfin kökleri, 1980’lerde iki temel keşfin işleyişinde yatmaktadır. Biri, onlarca yıllık araştırmaların konusu olan bir topolojik etki olan kuantum Hall etkisidir. Hall etkisi, topoloji adı verilen teorik matematiğin bir dalının dünyayı oluşturan maddenin nasıl tanımlanacağını ve sınıflandırılacağını temelden nasıl değiştirebileceğinin ilk örneğiydi. Kuantize Hall etkisine ilişkin önemli teorik kavramlar, 1988 yılında Thomas D. Jones Matematiksel Fizik Profesörü ve 2016 yılında Nobel Ödülü alan Sherman Fairchild Üniversitesi Fizik Profesörü F. Duncan Haldane tarafından ortaya atıldı.

İkinci örnek, 1987’de Nobel Ödülü’ne konu olan alışılmadık yüksek sıcaklık süperiletkeninin keşfiydi. Bu süperiletkenlerin olağandışı durumu bilim adamlarını şaşırttı. Konvansiyonel olmayan süperiletkenliğin öncüsü olarak döngü akımları üzerine önemli teorik kavramlar, 1990’ların sonlarında birkaç teorisyen tarafından ortaya atıldı. Her iki durumda da anahtar öneri, yükün yörünge manyetizması gibi etkiler üretmek için özel bir kafes içinde akabilmesidir. Bununla birlikte, bu tür oldukça spekülatif türde bir elektronik kuantum şarj düzeninin doğrudan deneysel olarak gerçekleştirilmesi son derece zordur.

Hasan, “Yörüngesel akım tipi şarj düzeninin gerçekleştirilmesi, malzemelerin hem güçlü etkileşimlere hem de yalnızca son birkaç yılda gerçekleştirilen özel kafes geometrilerine sahip olmasını gerektirecektir” dedi.

Birkaç geometrik kafes sistemi üzerinde yıllarca süren yoğun araştırmalar sonucunda (Doğa 562, 91 (2018); Doğa Fiziği 15, 443 (2019), Fizik Rev. Letonya. 123, 196604 (2019), Doğa Komünü. 11, 559 (2020), Fizik Rev. Letonya. 125, 046401 (2020), Doğa 583, 533 (2020), Doğa İncelemeleri Fizik 3, 249 (2021), ekip yavaş yavaş kagome süper iletkenlerinin bu tür topolojik tipte şarj düzenine ev sahipliği yapabileceğini fark etti. Son 40 yılda kagome kafesli düzinelerce süper iletken keşfedildi, ancak hiçbiri istenen modeli göstermedi. Kayda değer bir kagome süper iletkeni AV3Sb5’tir (A=K,Rb,Cs), erken deneylerin 80 derece Kelvin civarında gizli bir düzenin ipuçlarını içerdiğini gösterdiği, bu da onu topolojik tip şarj düzenini aramak için makul bir platform haline getiriyor.

Hasan, “Süper iletkenlik genellikle sistemin yükü için kararsızlıklar önerir ve kagome kafesinin hüsrana uğramış bir kafes sistemi olduğu bilinir” dedi. “Kagome süperiletkenleri, küresel bant yapılarıyla ilgili topolojik tip şarj düzeni de dahil olmak üzere çeşitli egzotik yük siparişleri oluşturabilir. Bu, bizi bu ailede araştırmamıza götürdü, ancak bu süperiletkenliğin alışılmamış olup olmadığı açık değildi. Bu malzeme üzerinde çalışın.”

Princeton araştırmacıları tarafından yönetilen bir ekip, Japon dokuma sepet deseni olarak adlandırılan bir kristal yapı olan kagome kafesi olarak bilinen kuantum bir malzemede beklenmedik davranışlar keşfetti. Bu video, bir tarama tünelleme mikroskobu tarafından gözlemlenen kagome süper iletkenindeki şarj düzeninin enerji evrimini göstermektedir. Kredi: Jia-Xin Yin ve M. Zahid Hasan, Princeton Üniversitesi

Princeton araştırmacı ekibi, Kelvin altı sıcaklıklarda milivolt altı enerji çözünürlüğü ile atom altı ölçekte malzemenin elektronik ve dönüş dalga fonksiyonlarını araştırabilen, atom altı çözünürlüklü tarama tünelleme mikroskobu olarak bilinen gelişmiş bir teknik kullandı. Bu ince ayarlı koşullar altında, araştırmacılar AV3Sb5’te kiralite, yani belirli bir yönde yönelim gösteren yeni bir tür yük düzeni keşfettiler.

Princeton’da yüksek lisans öğrencisi ve ilk ortaklardan biri olan Yuxiao Jiang, “İlk sürpriz, malzemenin atomlarının kendilerini, verilerimizde olması beklenmeyen daha yüksek dereceli (süper kafes) bir kafes yapısına yeniden düzenlemeleriydi” dedi. – makalenin yazarları. “Böyle bir süper kafes, bildiğimiz başka hiçbir kagome sisteminde hiç görülmedi.”

Süper örgü, araştırmacılara bu malzemede alışılmadık bir şeyler olabileceğine dair ilk ipucuydu. Araştırmacılar, malzemenin kütlesinin elektriksel taşıma davranışından tahmin edilen gizli fazın kritik sıcaklığının üzerinde süper örgünün kaybolduğunu bulmak için malzemenin sıcaklığını daha da artırdı.

Yardımcı araştırma uzmanı ve çalışmanın bir diğer ilk yazarı olan Jia-Xin Yin, “Bu tutarlılık bize, gözlemlediğimiz şeyin bir yüzey etkisinden ziyade toplu sipariş fenomeni olma olasılığının daha yüksek olduğuna dair güven veriyor” dedi.

Hasan, “Bir toplu şarj siparişi için, bir enerji boşluğu olup olmadığını ve gerçek uzaydaki yük dağılımının enerji boşluğu boyunca herhangi bir tersine dönüş gösterip göstermediğini daha fazla incelememiz gerekiyor” diye ekledi.

Araştırmacılar, beklenmeyen şarj düzeninin, aynı kritik sıcaklıkta da kaybolan enerji boşluğu boyunca çarpıcı bir şarj değişimi gösterdiğini tekrar doğrulamak için kısa süre sonra her iki noktayı da kontrol etti. Birikmiş deneysel kanıtlar, araştırmacıların, başka hiçbir kagome sisteminde hiç rapor edilmemiş bir kagome malzemesinde bir yükleme sırası gözlemlediğini ortaya koydu.

“Şimdi daha büyük soruyu sorma konumundayız: topolojik bir yük sırası olabilir mi?” dedi Hasan.

Yin, “Neyse ki, son yıllardaki geometrik kafes sistemlerine ilişkin sistematik araştırmamız sayesinde, malzemenin herhangi bir potansiyel topolojik özelliğini keşfetmek için vektör manyetik alan tabanlı bir tarama tünelleme mikroskobu metodolojisi geliştirdik.”

Princeton liderliğindeki ekip, kagome kafesinde beklenmedik kuantum davranışını keşfetti

Kiral yük düzeninin manyetik alan kontrolü. Manyetik alan (B) kuvvetinin +2T’den -2T’ye değiştirilmesi, altta yatan şarj sıralama modelinin el kullanımını temsil eden spektral tepe noktasının (verilerdeki ani artışlar) kiralitesini değiştirir. Kredi: Y.-X. Jiang, N. Shumiya, J.-X. Yin ve MZ Hasan, Princeton Üniversitesi

Temel olarak, bir elektronik sisteme uygulanan manyetik alan önemsiz olmayan bir topolojiye yol açar: manyetik akı kuantumu (h/e) ve kuantum Hall iletkenliği (Ne2/h, Chern sayısı N ile ilgili, topolojik bir değişmez) aynı küme tarafından yönetilir. Planck sabiti h ve temel yük e dahil olmak üzere temel sabitlerin; alanın vektör doğası, topolojik değişmezle ilgili etkilere erişim sağlamak için topolojik maddenin kiralitesi ile farklı şekilde etkileşime girebilir.

Araştırmacılar, sıfır manyetik alanda, pozitif bir manyetik alanda ve bir negatif manyetik alanda şarj düzeni üzerinde deneyler yaptılar. Hasan, “Veriler alınmadan önce gerçekten ne olacağını bilmiyorduk” dedi.

Jiang, deneyler tamamlandıktan sonra topolojik-benzeri şarj sırası sorusunun cevabının “evet” olduğunu söyledi.

Jiang, “Şarj emrinin aslında manyetik alan tarafından değiştirilebilen algılanabilir bir kiralite sergilediğini bulduk.” Dedi.

Araştırmacılar ilk keşiflerinden dolayı heyecanlılar. Yin, “Talep yapılmadan önce, doğası gereği dışsal olabilecek tarama probunun etkilerini ekarte etmek için bu sonucu birden çok kez yeniden üretmemiz gerekiyordu” dedi.

Araştırmacılar ayrıca bu manyetik alanla değiştirilebilir kiral şarj düzeninin KV3Sb5, RbV3Sb5 ve CsV3Sb5’te her yerde bulunduğunu bulmak için birkaç ay harcadılar. Hasan, “Artık bunun bu malzeme sınıfının kendine özgü bir özelliği olduğuna ikna olduk,” diye ekledi, “Ve bu çok heyecan verici!”

Manyetik alan, zaman-ters simetriyi açıkça bozar. Bu nedenle, gözlemleri, kagome kafesindeki kiral yük düzeninin zaman-ters simetriyi bozduğunu göstermektedir. Bu, bal peteği kafesindeki Haldane modeline veya CuO2 kafesindeki Chandra Varma modeline biraz benzer.

Araştırmacılar ayrıca, bu tür kiral yük düzeninin doğrudan topolojik sonucunu belirlediler. Ekip, bant yapısının ilk prensip hesaplamalarının yardımıyla, bu kiral yük düzeninin, önceki bir çalışmada farklı yorumlanan mevcut taşıma sonucuyla tutarlı olan, yörünge manyetizması ile büyük bir anormal Hall etkisi üreteceğini buldu.

Şimdi grubun teorik ve deneysel odağı, kagome kafes düz bant özelliklerine ve ayrıca süper iletkenliğe sahip düzinelerce bileşiğe kayıyor. Hasan, “Bu, bir ötegezegende su keşfetmek gibidir – Princeton’daki laboratuvarımızın optimize edildiği yeni bir topolojik kuantum madde araştırması sınırını açar.” Dedi.


Bilim adamları egzotik kuantum etkileri sergileyen bir topolojik mıknatıs keşfetti


Daha fazla bilgi:
Yu-Xiao Jiang ve diğerleri, kagome süperiletken KV3Sb5’te geleneksel olmayan kiral yük düzeni, Doğa Malzemeleri (2021). DOI: 10.1038/s41563-021-01034-y

Princeton Üniversitesi tarafından sağlanan

Alıntı: Ekip, 19 Haziran 2021’de https://phys.org/news/2021-06-team-unexpected-quantum-behavior-kagome.html adresinden alınan kagome kafesinde (2021, 18 Haziran) beklenmedik kuantum davranışı keşfetti

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı verilmiştir.



[ad_2]

Kaynak

admin

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Translate »