En los materiales topológicos, los electrones pueden mostrar un comportamiento que es fundamentalmente diferente al de la materia "convencional", y la magnitud de muchos de estos fenómenos "exóticos" es directamente proporcional a una entidad conocida como el número de Chern. Nuevos experimentos establecen para el primerotiempo en que se puede alcanzar el número máximo de Chern teóricamente predicho, y controlarlo, en un material real
Cuando la Real Academia de Ciencias de Suecia otorgó el Premio Nobel de Física 2016 a David Thouless, Duncan Haldane y Michael Kosterlitz, elogiaron al trío por haber "abierto la puerta a un mundo desconocido donde la materia puede asumir estados extraños".Siendo una rareza, los descubrimientos de las transiciones de fase topológica y las fases topológicas de la materia, a las que los tres teóricos han contribuido de manera crucial, se han convertido en uno de los campos de investigación más activos en la física de la materia condensada en la actualidad.Por ejemplo, para conducir a nuevos tipos de componentes electrónicos y superconductores, y albergan conexiones profundas entre las áreas de física y matemáticas. Si bien los nuevos fenómenos se descubren de manera rutinaria, todavía hay aspectos fundamentales que deben resolverse. Uno de ellos es cuán "fuerte"Los fenómenos topológicos pueden estar en un material real. Al abordar esa pregunta, un equipo internacional de investigadores dirigido por el investigador postdoctoral de la ISP Niels Schröter proporciona ahora un punto de referencia importante.Escribiendo en ciencia , informan experimentos en los que observaron que en el paladio galio semimetal topológico PdGa, uno de los clasificadores más comunes de los fenómenos topológicos, el número de Chern, puede alcanzar el valor máximo permitido en cualquier cristal metálico.posible en un material real nunca antes se había mostrado. Además, el equipo ha establecido formas de controlar el signo del número de Chern, lo que podría brindar nuevas oportunidades para explorar y explotar fenómenos topológicos.
Desarrollado al máximo
En trabajos teóricos se había predicho que en semimetales topológicos el número de Chern no puede exceder una magnitud de cuatro. Como sistemas candidatos que exhiben fenómenos con tales números máximos de Chern, se propusieron cristales quirales. Estos son materiales cuyas estructuras reticulares tienen una estructura bien definidamano de obra, en el sentido de que no pueden transformarse en su imagen especular mediante una combinación de rotaciones y traslaciones. Se han estudiado varias estructuras candidatas. Sin embargo, una observación experimental concluyente de un número de Chern de más o menos cuatro permaneció esquiva. Los esfuerzos anterioresse han visto obstaculizados por dos factores en particular: Primero, un requisito previo para obtener un número máximo de Chern es la presencia de acoplamiento de órbita giratoria, y al menos en algunos de los materiales estudiados hasta ahora, ese acoplamiento es relativamente bajo, lo que hace que sea difícilresolver las divisiones de interés. En segundo lugar, la preparación de superficies limpias y planas de cristales relevantes ha sido muy difícil, y como un inconvenientesecuencia de firmas espectroscópicas tendidas a ser eliminadas.
Schröter et al. Han superado estas dos limitaciones al trabajar con cristales de PdGa. El material muestra un fuerte acoplamiento de la órbita giratoria, y existen métodos bien establecidos para producir superficies inmaculadas. Además, en la línea de haz de la Espectroscopía de resonancia avanzada ADRESSde la Fuente de Luz Suiza en PSI, tenían capacidades únicas a su disposición para experimentos ARPES de alta resolución y, por lo tanto, para resolver los patrones espectroscópicos reveladores predichos. En combinación con mediciones adicionales en la Fuente de Luz Diamante Reino Unido y con ab dedicadoSegún los cálculos iniciales, estos datos revelaron firmas firmes y rápidas en la estructura electrónica de PdGa que no dejaron ninguna duda de que se había alcanzado el número máximo de Chern.
Una mano en el número de Chern
El equipo fue un paso más allá, más allá de la observación de un número máximo de Chern. Mostraron que la naturaleza quiral de los cristales de PdGa también ofrece la posibilidad de controlar el signo de ese número. Para demostrar dicho control, crecieron muestras queeran zurdos diestros ver la figura. Cuando observaron las estructuras electrónicas de los dos enantiómeros, descubrieron que la quiralidad de los cristales se refleja en la quiralidad de la función de onda electrónica. En conjunto, esto significa queEn los semimetales quirales, la manejabilidad, que se puede determinar durante el crecimiento de los cristales, se puede utilizar para controlar los fenómenos topológicos que surgen del comportamiento de los electrones en el material. Este tipo de control abre un tesoro de nuevos experimentos. Por ejemplo, se pueden esperar nuevos efectos.surgir en la interfaz entre diferentes enantiómeros, uno con el número de Chern +4 y el otro con -4. Y también hay perspectivas reales de aplicaciones. Semimetales topológicos quiralespuede albergar fenómenos fascinantes como las fotocorrientes cuantificadas.Curiosamente, PdGa es conocido por sus propiedades catalíticas, lo que invita a la pregunta sobre el papel de los fenómenos topológicos en tales procesos.
Finalmente, los hallazgos ahora obtenidos para PdGa surgen de las propiedades de la banda electrónica que comparten muchos otros compuestos quirales, lo que significa que el rincón del "mundo desconocido donde la materia puede asumir estados extraños" en el que Schröter y sus colegas se han aventurado ahora eses probable que tenga mucho más que ofrecer.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Paul Scherrer . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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