Более того, топология нашли в 2D Кристалл

За последнее десятилетие в области физики конденсированных сред пережила золотой век, с появлением новых материалов и свойства, и сопутствующие технологии развиваются с бешеной скоростью благодаря приходу топологической физики. Топологическая физика снял в 2008 году с открытием топологических изоляторов, тип материала электроизоляционного в основной массе, но металлик на поверхности.

С тех пор учеными были найдены более экзотических топологических фаз, в том числе полуметаллов Дирака, Вейля и полуметаллов Axionic изоляторов. Но совсем недавно, материалы изоляционные в объеме, на поверхности и кромок, но металлический, только на петлях или на углах были предсказаны теоретически. Эти странные новые материалы посетило более высокого порядка, топологические изоляторы бывают крайне редко и только элемент висмута экспериментально доказано, возможно, принадлежат к этой категории до сих пор.

Что такое шарнир государства? Представьте себе прямоугольник, длиннее и шире, чем в высоту — с клапанами сверху и снизу, которые можно открыть, чтобы положить вещи внутрь. Пространство внутри коробки будет называться Навального. Большинство материалов, которые проводят электричество сделать это в основной массе. Однако в топологических изоляторов, основная масса коробки электроизолирующим, но сверху и снизу — щитки — металлические и поддержания поверхностных состояний. Для некоторых материалов, навалом, в верхней и нижней части коробки изоляционные но стороны (ребра) металлические. Эти пограничные государства, которые были продемонстрированы в магнитных топологических изоляторах. Наконец, в более высокого порядка, топологических изоляторов, основной, верхней, нижней и боковых сторон коробки все изоляционные но петли и углы коробки металлические и разрозненных шарнир или угловой государств. Эти государства шарнир также было предсказано существование топологических полуметаллов, как висмут. Государства-шарнир, в частности, должны быть перспективными для исследования спинтроники, поскольку направление их распространения связана с их спин, а также для фермионов Майораны, которые активно исследуются для их применения в отказоустойчивых квантовых вычислений.

Теперь международная группа ученых из США, Гонконга, Германии и Южной Кореи определили нового высшего порядка топологического изолятора. Он представляет собой многослойный двумерный / дихалькогенид переходных металлов (ТМДЦ) называется WTe2. Это известный материал в области физики конденсированного состояния, которая отображает множество экзотических свойств из Титаника магнитосопротивления для спинового эффекта Холла квантуется. Это был первый пример второго типа полуметалл Вейля, что можно сделать в устройства, только один слой в толщину и exfoliatable, как графен. WTe2 также показано superconduct под давлением, которое означает, что электроны образуют пары и сверхпроводимости проходит через него без всякого сопротивления.

Добавив к этому карнавал свойств, теоретических физиков в 2019 году предусмотрено WTe2 и его сестра MoTe2 материал должен быть высшего порядка, топологических изоляторов с металлической государств шарнир. Многие исследовательские группы по всему миру были так искали доказательства этих экзотических государств в WTe2 и MoTe2 и некоторые недавние результаты показали, что есть дополнительные проводящие состояния на их краях. Но исследователи были неспособны определить, если они были по-настоящему краю государства или востребованных шарнир государств.

В исследовании, опубликованном в Nature материалы по 6 июля 2020 года, команда во главе с Кин Чунг Фонг (Рейтеон технологий ББН), Мажар Н. Али (Макс Планк Институт физики микроструктур, а также материальный ум Инк.), Кам Туен права (Гонконгский университет науки и технологии) и Гил-Хо Ли (Пхохан университета науки и технологии и Азиатско-Тихоокеанский центр Теоретической физики) приняла новый подход с использованием джозефсоновских контактов для пространственного разрешения сверхпроводимости потока и показать, что WTe2 действительно представляется шарнир государств и высшего порядка топологического изолятора (ссылка на документ).

Джозефсоновских контактов являются невероятно важные устройства и инструмент в физике. Они используются в различных технологических приложений, включая магнитно-резонансная томография (МРТ) машины, а также в кубиты, которые являются строительным материалом для квантовых компьютеров. Эти соединения образуются при двух сверхпроводящих электродов, как ниобий (NB) соединены несверхпроводящем мост как высококачественный WTe2 в тонком устройстве фильма. Когда температура достаточно снижены, в сверхпроводимости, который вводится с одной НБ электрода может проехать по мосту без сопротивления других НБ электрода. Таким образом, в целом прибор показывает нулевое сопротивление и сказал, чтобы быть сверхпроводящим.

Однако, не бесконечное количество сверхпроводимости могут быть отправлены через мост при сохранении сверхпроводимости. Когда вводится ток превышает критический ток, соединение превращается в нормальное состояние и проявляет конечное сопротивление. Эффект Джозефсона государства, как функция приложенного магнитного поля, критический ток будет колебаться в картине Фраунгофера между высоким и низким значениям из-за изменения фазы сверхпроводящей волновой функции через образец.

Команда поняла, что скрытые в этой колебание информацию о местоположении сверхпроводимости, а она едет в образце. Взяв обратное преобразование Фурье картина Фраунгофера, исследователи смогли визуализировать поток сверхпроводимости в образце и обнаружили, что он действительно путешествует по бокам устройства WTe2. Однако, этого было недостаточно, чтобы отличить краю государства от государств-шарнир.

Как показано на рисунке ниже, из-за бзика в симметрии на основе происхождения государства петля, не все петли одинаковые на образец WTe2. Например, есть металлическая государств шарнир на верхнем левом и нижнем правом петель на образце, но не на верхнем правом или нижнем левом. Это отличается от пограничном состоянии, что бы просто быть существующие на всю левую и правую стороны образца. В связи с этим, Кин Чунг Фонг компании Raytheon технологий ББН объясняет: «Мы использовали эту разницу в нашу пользу. При подключении сверхпроводящих электродов на верхней половине образца и не нижняя половина, мы поняли, что мы бы увидели иную картину Фраунгофера, если государства-петля существовала и не краю государства».Он далее прокомментировал, «в данной конфигурации электродов будет подключиться только к одному из государств шарнира (т. е. сверху слева, а не справа внизу), который будет показать определенную картину Фраунгофера. Если там были пограничные государства, эта конфигурация не будет отличаться от подключения к верхней и нижней половины образца и Фраунгофера будет выглядеть так же.» Когда они совершили этот смелый эксперимент, они наблюдали визитной карточкой шарнир государства, а не пограничном состоянии.

«Но это еще не все. WTe2 является достаточно низкой симметрией ромбической материал с высокой кристаллической анизотропии. Различных направлений в кристалле не эквивалентны, и мы также предположили и подтвердили, что в шарнир существующие в WTe2 не все соответствуют. В некоторых направлениях, их смесь в основную массу, а в других направлениях они не», — пояснил Кам Туен права в Гонконгском университете науки и технологии.

«Существует множество увлекательных физики, чтобы быть изучены в этих соединениях в ближайшем будущем сейчас, что государства шарнир были найдены в WTe2», — отметил Гиль Хо Ли из Пхохан университета науки и технологии. Он добавил: «возможность для бездиссипативных взаимосвязей, правда 1Д сверхпроводящие нано-проводов и приборов спинтроники, топологической сверхпроводимости, майорановские фермионы и соответственно топологические квантовые компьютеры все на горизонте».

Мажар Н. Али в Институте Макса Планка физики микроструктуры объяснил, «WTe2 может быть второй материал показано принимающих государств шарнир, но он сильно отличается от других кандидатов, висмут. Будучи 2Д, WTe2 легко легкообрабатываемых в нано-устройства с контролируемой поверхности, и может быть поверх других 2D материалы в гетероструктурах и даже поверх себя, когда слегка скручены, образуя Муар сверхрешетки.» Он добавил: «ее сестра материал MoTe2 обязано проявлять те же Штаты шарнир, но он является неотъемлемой сверхпроводника при низких температурах».Он спросил взволнованно: «как могут эти государства шарнир быть изменен, контролировать и использовать? Есть много интересных исследований, перспективы».

сделать разницу: спонсорские возможности