Он возникает из-за асимметричного рассеяния между квантовыми состояниями
Китайские физики обнаружили гигантский — на два порядка больше по величине обычного — невзаимный перенос заряда в топологическом изоляторе на основе тетрадимита допированного оловом (Sn—Bi1,1Sb0,9Te2S). Ученые объяснили его асимметричным рассеянием между квантовыми состояниями Холла и поверхностными состояниями Дирака. Статья опубликована в Nature Materials.
Эта новость появилась на N + 1 при поддержке ежегодной Национальной премии в области будущих технологий «Вызов». В 2023 году ее присудили за ионный квантовый процессор, магниты из высокотемпературного сверхпроводника, вычислительные устройства на основе поляритонов и оптический транзистор, а также открытия, позволившие создать новые подходы для лечения заболеваний мозга
В трехмерных топологических изоляторах внутренняя часть материала ведет себя как изолятор, а тонкий внешний слой — как проводник. Эти материалы обладают многими интересными свойствами — например, в них впервые удалось обнаружить майорановские фермионы. Отличительная особенность топологических изоляторов — защита поверхностных состояний от дефектов и температуры благодаря симметрии. Однако в последнее время ученые изучают топологические состояния с нарушениями симметрии. В таких веществах распространение волн можно сделать однонаправленным, что уменьшит потери на обратное рассеяние. Впрочем, перенос в таких веществах оставался достаточно мал.
Ученые под руководством Чжана Шуая (Shuai Zhang), Вана Сюэфэня (Xuefeng Wang) и Суна Фэнци (Fengqi Song) из Нанкинского университета и ряда других институтов обнаружили в топологическом изоляторе (Sn—Bi1,1Sb0,9Te2S) большой невзаимный перенос заряда. Для этого ученые прикладывали ток возбуждения низкой частоты к образцу, охлажденному до 1,6 кельвин и помещенному в сильное магнитное поле величиной 12 тесла, и получали сопротивление второй гармоники путем измерения переменного напряжения. В результате коэффициент невзаимного переноса оказался равен 2,2 × 105 обратных ампер, что на два порядка больше, чем в предыдущих работах.
Ученые отмечают, что полученные экспериментальные результаты хорошо согласуются с теоретическими расчетами. Эти расчеты показали, что при частичном заполнении асимметричное рассеяние между краевыми квантовыми состояниями Холла и орбитами Ландау как раз и приводит к подобному невзаимному переносу.
Изучение топологических свойств квантовых материалов стало одним из основных направлений исследований в последнее время. Например, совсем недавно мы рассказывали, что физики обнаружили гибридное топологическое состояние в элементарном твердом теле.
Гамлет Ходжибагиян — о сверхпроводящих магнитах на коллайдере в Дубне
В 2024 году в Дубне закончат строительство коллайдера NICA. Это циклический ускоритель для столкновения протонов и тяжелых ионов. Один из главных элементов коллайдера — сверхпроводящие магниты для удержания и фокусировки частиц. Для создания этих магнитов на российском ускорителе будут использованы высокотемпературные купратные сверхпроводники. Заместитель директора по научной работе Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ, лауреат премии «ВЫЗОВ» 2023 года Гамлет Ходжибагиян объяснил N + 1, почему выбрали именно такие материалы и в чем основные сложности работы с ними.