Nový model vysvětluje 3D kvantový materiál

Obrázek ukazuje elektrony v topologickém kvantovém kovu, které čekají na aktivaci magnetickým polem. Jakmile se začnou pohybovat, sledují spirálovitou spirálu nahoru – na rozdíl od dříve navrhovaného obrazu elektronů pohybujících se v kruhu v dvourozměrné rovině. To vytváří speciální efekt, který tvoří základ pro slibné topologické kvantové jevy.

Vědci z klastru excelence ct.qmat – Složitost a topologie v kvantové hmotě vyvinuli nové chápání toho, jak se elektrony chovají v silných magnetických polích. Jejich výsledky vysvětlují měření elektrických proudů v trojrozměrných materiálech, které signalizují kvantový Hallův jev – jev, který byl dosud spojován pouze s dvourozměrnými kovy. Tento nový 3D efekt může být základem pro topologické kvantové jevy, které jsou považovány za obzvláště robustní a tedy slibné kandidáty na extrémně silné kvantové technologie. Tyto výsledky byly právě publikovány v časopise Komunikace přírody.

Dr. Tobias Meng a Dr. Johannes Gooth jsou mladí vědci v klastru excelence Würzburg-Dresden ct.qmat který od roku 2019 zkoumá topologické kvantové materiály. Výsledky nedávné publikace jste mohli vidět v. těžko uvěřit Příroda tvrdí, že elektrony v topologickém pentatelluridu kovu zirkonia (ZrTe5) se pohybují pouze ve dvourozměrných rovinách, i když je materiál trojrozměrný. Meng a Gooth proto zahájili vlastní výzkum a experimenty na materiálu ZrTe5. Meng z Technické univerzity v Drážďanech (TUD) vyvinul teoretický model, Gooth z Institutu Maxe Plancka pro chemickou fyziku pevných látek vyvinul experimenty. Sedm měření s různými technikami vede vždy ke stejnému výsledku.

Elektrony čekají na svůj tah

Výzkum Meng a Gooth vytváří nový obrázek toho, jak Hallův efekt funguje v trojrozměrných materiálech. Vědci předpokládají, že elektrony se pohybují po trojrozměrných drahách kovem, ale jejich elektrický transport se stále může jevit jako dvojrozměrný. V topologickém kovovém zirkonium-pentatelluridu je to možné, protože část elektronů stále čeká na aktivaci vnějším magnetickým polem.

“Způsob, jakým se elektrony pohybují, je konzistentní ve všech našich měřeních a je podobný tomu, co je jinak známé z dvourozměrných kvantových Hallových jevů.” Naše elektrony však spirálovitě stoupají a neomezují se pouze na kruhový pohyb v rovinách. To je vzrušující rozdíl oproti kvantovému Hallovmu efektu a navrhovaným scénářům toho, co je v materiálu ZrTe. se děje5,“Meng komentuje vznik svého nového vědeckého modelu.” “Funguje to jen proto, že ne všechny elektrony se neustále pohybují.” Někteří se zastaví, jako by stáli ve frontě. Aktivují se pouze při použití vnějšího magnetického pole. “

Pokusy model potvrzují

Vědci pro své experimenty ochladili topologický kvantový materiál až na -271 stupňů Celsia a je aplikováno vnější magnetické pole. Poté provedli elektrická a termoelektrická měření vysíláním proudů vzorkem, studováním jeho termodynamiky analýzou magnetických vlastností materiálu a použitím ultrazvuku. Dokonce použili rentgenovou, Ramanovu a elektronovou spektroskopii ke zkoumání vnitřního fungování materiálu. “Ale žádné z našich sedmi měření nenaznačovalo, že se elektrony pohybují pouze dvourozměrně,” vysvětluje Meng, vedoucí skupiny Emmy Noether pro kvantový design na TUD a přední teoretik současného projektu. „Náš model je ve skutečnosti překvapivě jednoduchý a stále dokonale vysvětluje všechna experimentální data.“

Výhled na topologické kvantové materiály ve 3D

Kvantový Hallův jev, který získal Nobelovu cenu, byl objeven v roce 1980 a popisuje postupné vedení elektřiny v kovu. Jedná se o základní kámen topologické fyziky, což je oblast, která je populární od roku 2005 díky svým příslibům funkčních materiálů 21. století. zaznamenal vzestupSvatý Století. Doposud však byl kvantový Hallův jev pozorován pouze u dvourozměrných kovů.

Vědecké výsledky této publikace rozšiřují chápání chování trojrozměrných materiálů v magnetických polích. Členové klastru Meng a Gooth se chtějí vydat tímto novým směrem výzkumu: „Rozhodně chceme podrobněji prozkoumat chování elektronů ve frontě ve frontě,“ říká Meng.

Zapojení lidé

Kromě členů výzkumné skupiny Tobiase Menga pro kvantový design na TUD publikaci společně řídili vědci týmu Johannes Gooth z Institutu Maxe Plancka pro chemickou fyziku pevných látek. Ultrazvuková měření byla prováděna v Helmholtzovo centrum Drážďany-Rossendorf.

Odkaz: „Původ kvazikantifikovaného Hallova jevu v ZrTe5“ autorů S. Galeski, T. Ehmcke, R. Wawrzyńczak, PM Lozano, K. Cho, A. Sharma, S. Das, F. Küster, P. Sessi, M. Brando, R. Küchler, A. Markou, M. König, P. Swekis, C. Felser, Y. Sassa, Q. Li, G. Gu, MV Zimmermann, O. Ivashko, DI Gorbunov, S. Zherlitsyn, T. Förster, SSP Parkin, J. Wosnitza, T. Meng a J. Gooth, 27. května 2021, Komunikace přírody.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23435-r

Cluster of Excellence ct.qmat

Klastr excelence ct.qmat – Složitost a topologie v kvantové hmotě je společná výzkumná spolupráce mezi Julius-Maximilians-Universität Würzburg a Technische Universität (TU) Dresden od roku 2019. Více než 250 vědců z 33 zemí a čtyř kontinentů zkoumá topologické kvantové materiály, což jsou překvapivé jevy v extrémních podmínkách, jako jsou ultra – nízká teplota, vysoký tlak nebo silné magnetické pole. Díky tomu, že tyto speciální vlastnosti budou použitelné v každodenních podmínkách, bude základem revolučních kvantových čipů a nových typů technických aplikací. Klastr excelence je financován v rámci strategie excelence federální a státní vlády.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.