Yüksek Chern sayısı ve yüksek sıcaklık Chern izolatör devletlerinin keşifleri
[ad_1]
Kuantum Salonu etkisi (QHE), fizik bilimlerindeki en önemli keşiflerden biridir. Tek boyutlu (1-D) dağılmasız kenar durumları nedeniyle, QHE h / 22'nin nicelenmiş Hall direnci ve kaybolan uzunlamasına direnç ile egzotik taşıma özellikleri sergiler. Burada h Planck sabiti, ν Landau doldurma faktörü ve e elektron yüküdür. QHE genellikle dikkate değer enerji boşluğunun oluşmasından ve yüksek hareket kabiliyeti, yüksek manyetik alan ve ultra düşük sıcaklıkta malzeme gerektiren kırık zaman ters-simetri oluşumundan kaynaklanır. Bu zorlu koşullar, QHE'nin derin keşiflerini ve geniş uygulamalarını büyük ölçüde sınırlamaktadır. 1988'de Haldane teorik olarak QHE'nin harici manyetik alan, yani Chern izolatör durumu veya kuantum anormal Hall etkisi (QAHE) uygulanmadan gerçekleştirilebileceğini önerdi.
2013 yılında, Chern = C = 1 olan QAHE, krom katkılı ince filmlerde deneysel olarak gözlendi (Bi, Sb)2Te3 30 mK'ye kadar sıcaklıkta. Daha sonra Haldane, QAHE'nin tahmini de dahil olmak üzere maddenin topolojik aşamaları üzerine kuramsal çalışmaları nedeniyle 2016 Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Chern izolatörlerinin 1D yayılımsız kenar durumları, entegre devrelerde kaçınılmaz ısıtmaya olası bir çözüm sağlar. Genel olarak, uygulama gereksinimlerinden uzak, manyetik olarak katkılı topolojik izolatörlerde ultra düşük sıcaklıklarda sadece bir tane 1-D dağılmasız kenar durumu gerçekleştirilebilir. Bu nedenle, çoklu dağılmasız kenar durumlarının gerçekleştirilmesi ve Chern izolatör durumlarının çalışma sıcaklığının arttırılması sadece fizik bilimlerindeki en önemli araştırma konuları değil, aynı zamanda düşük tüketim elektroniği ve entegre devrelerin geliştirilmesini de teşvik etmelidir.
Son zamanlarda, Pekin Üniversitesinde Profesör Wang Jian, Tsinghua Üniversitesinde Profesör Xu Yong ve Profesör Wu Yang liderliğindeki bir araştırma işbirliği, MnBi'de yüksek Chern sayısı ve yüksek sıcaklık Chern yalıtkan devletlerini keşfetti2Te4 İzolatörler ve topolojik kuantum durumlarında büyük bir atılımı temsil eden cihazlar.
MnBi2Te4 katmanlı manyetik topolojik bir malzemedir. Şekil la'da gösterildiği gibi, tek tabakalı MnBi2Te4 Mn-Te iki tabakasını bir Bi'nin merkezine birleştiren bir Te-Bi-Te-Mn-Te-Bi-Te septuple tabakası (SL) oluşturan yedi atomik katman içerir.2Te3 beşli katman. MnBi2Te4 SL içinde ferromanyetik (FM) düzen ve düzlem dışı kolay eksenli komşu SL'ler arasında anti-ferromanyetik (AFM) düzen gösterir. Teorik hesaplamalar, MnBi'de çeşitli egzotik topolojik durumların beklenebileceğini göstermektedir.2Te4garip SLs filmlerinde QAHE, hatta SLs filmlerinde akso izolatör durumu, sıfır manyetik alanda AFM topolojik izolatörü ve dökme olarak dikey manyetik alan altında manyetik Weyl semimetal. Bol egzotik topolojik durumlar ve katmanlı yapı MnBi'yi yapar2Te4 topolojik kuantum durumlarının gözlemlenmesi ve modülasyonu için mükemmel bir platform.
Araştırmacılar birkaç MnBi üretti2Te4 farklı kalınlıktaki cihazlar. 9-SL ve 10-SL MnBi'de2Te4 cihazlarda, h / 2e2 yüksekliğinde bir Hall direnç platosu, neredeyse kaybolan uzunlamasına direnç ile birlikte, iki dağılmasız kenar durumu olan (C = 2) Chern izolatörünün karakteristiği olan 5 T'lik dik bir manyetik alan uygulanarak gözlenir (Şek. 1b). Daha ilginç olarak, 10-SL MnBi'deki C = 2 Chern izolatör durumu2Te4 cihaz 10 K üzerinde dayanabilir (Şekil 1c, d). Bu, sıvı helyum sıcaklığının üzerindeki çoklu dağılmasız kenar durumlarının ilk deneysel keşfi.
Araştırmacılar ayrıca MnBi kalınlığının etkisini de inceledi2Te4 numaralı cihazlarda aygıtlar. 7-SL ve 8-SL MnBi'de2Te4 cihazlar, neredeyse kaybolan uzunlamasına dirençle birlikte nicelenmiş bir Hall direnç platosu h / e2, yani C = 1 olan Chern izolatör durumu gözlenir. Daha da önemlisi, Hall platosu 7-SL MnBi'de 45 K'da bile neredeyse ölçülen direnç gösteriyor2Te4 8-SL MnBi'de (Şek. 2a-c) ve 30 K'nin üzerinde2Te4 MnBi'nin Néel sıcaklığından (yaklaşık 22 K) açıkça daha yüksek olan cihaz (Şekil 2d-f)2Te4 cihazlar.
Gözlenen yüksek Chern sayısı ve yüksek sıcaklık Chern izolatör devletleri, MnBi'nin antiferromanyetik doğası nedeniyle zayıf manyetik alan uygulanmasını gerektirir2Te4 sıfır manyetik alanda. Sıradan QHE, nicelenmiş Hall direnç platosuna ve kaybolan uzunlamasına dirence neden olabileceğinden, harici manyetik alanın neden olduğu Landau seviyelerinin (LL) bulguları üzerindeki etkisini dışlamak gerekir. Araştırmacılar ilk önce MnBi'nin hareketliliğini tahmin etti2Te4 100 ila 300 cm arasında olduğu tespit edilen cihazlar2 V-1 s-1. Bu düşük hareketlilik, LL'leri olan QHE için 30 T'den daha yüksek bir harici manyetik alan gerektirir, bu da MnBi'mizdeki niceleme manyetik alanından çok daha yüksektir2Te4 cihazlar. Araştırmacılar ayrıca, arka kapı voltajlarını uygularken, sıradan QHE'nin LL'lerle olan olasılığını açıkça hariç tutarak, Chern sayısının işaretinin taşıyıcı tipi ile değişmeden kaldığını gösterdi.
Gözlenen Chern izolatör durumlarının kökeni teorik hesaplamalarla ortaya çıkar. Ferromanyetik MnBi2Te4 Fermi seviyesinin yakınında sadece bir çift Weyl noktasına (WP) sahip olan en basit manyetik Weyl semimetal olduğu tahmin edilmektedir. Kuantum hapsi, birkaç kat MnBi'de Chern izolatör durumuna ve katmana bağlı Chern sayısına yol açar2Te4deneysel bulgularla tutarlı olan yığın bant boşluğunda çoklu dağılmasız kenar durumlarının varlığına izin vermek. Yüksek Chern numaralı Chern izolatör durumunun keşfi ayrıca MnBi'deki manyetik Weyl semimetal durumu için deneysel kanıtlar sağlar.2Te4.
İçsel manyetik topolojik materyallerde keşfedilen yüksek Çernobil sayısı ve yüksek sıcaklıklı Chern izolatör devletleri, daha yüksek sıcaklık ve hatta oda sıcaklığı QAHE üzerinde keşfi teşvik edecek ve fizik, malzeme bilimi ve bilgi teknolojisinde büyük atılımlara yol açacaktır.
"Landau Seviyesi Olmadan Yüksek Çernobil Sayısı ve Yüksek Sıcaklık Kuantum Salonu Etkisi" başlıklı yazı, Ulusal Bilim Dergisi.
İçsel manyetik topolojik izolatörde kuantum anormal Hall etkisi
Jun Ge ve ark., Landau Seviyeleri Olmadan Yüksek Çernobil Sayısı ve Yüksek Sıcaklık Kuantum Hall Etkisi, Ulusal Bilim Dergisi (2020 yılında). DOI: 10.1093 / nsr / nwaa089
Alıntı:
Yüksek Chern sayısı ve yüksek sıcaklık Chern izolatör devletlerinin keşifleri (2020, 2 Haziran)
2 Haziran 2020
https://phys.org/news/2020-06-discoveries-high-chern-number-high-temperature-chern-insulator.html adresinden
Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, hayır
kısmı yazılı izin alınmadan çoğaltılabilir. İçerik yalnızca bilgi amaçlıdır.
[ad_2]
Kaynak