Откриха невиждано досега квантово хибридно състояние на повърхността на арсен
Физици откриха нещо, което никой не е очаквал, прикрито на повърхността на арсен под формата на кристал.
Докато организира проучване, отдадено на квантовата топология - вълновото държание на частиците, съчетано с математиката на геометрията - екипът се натъква на чудноват хибрид от две квантови положения, всяко от които разказва друг метод на протичане на тока.
" Това изобретение беше изцяло ненадейно ", споделя физикът М. Захид Хасан от Принстънския университет. " Никой не го е планувал на доктрина преди неговото наблюдаване. "
Топологията става все по-важна за разбирането на държанието на материалите, които могат да бъдат разказани единствено посредством вълнови свойства, известни като квантова материя. Тя се занимава се с геометрията на структурите, които не се трансформират дейно при прегъване или деформиране (но могат да се трансформират, в случай че бъдат счупени или пробити) и има капацитета да повлияе на квантовата интензивност на материалите по разнообразни способи.
Голяма част от тези проучвания са свързани със съединения на основата на бисмут, защото този химичен детайл е ефикасен топологичен изолатор - материал, чийто външен пласт работи като проводник на интензивност, а вътрешният - като изолатор. Това значи, че електроните във вътрешността са неподвижни, само че тези по повърхността и ръбовете могат да се движат свободно.
Арсенът, който нормално се употребява в полупроводниковите материали, може да се държи и като топологичен изолатор. Физиците, в това число Хасан и неговият екип, търсят нови квантови положения в топологичните изолатори, изключително такива, които могат да работят при стайна температура.
Материалите на основата на бисмут са ни научили на извънредно доста, само че те изискват високи температури и са комплицирани за синтез и подготвяне. За разлика от тях арсенът може да се отглежда във форма, която е по-чиста от бисмута и е по-проста за подготвяне. Затова откривателите отглеждат кристали от сив арсен, който има железен тип, и ползват магнитни полета.
След това те изследват тестът благодарение на сканираща тунелна микроскопия (STM), която основава изображения в субатомни мащаби, и фотоемисионна спектроскопия, която мери енергийните положения на електроните.
Те откриват повърхностни положения - електронни положения, които протичат по повърхности " без пролуки " на някои типове топологични изолатори - което е обикновено. Нетипичното в тази ситуация е, че се натъкват и на крайни положения, които съществуват на границите на напълно друг тип топологичен изолатор и в никакъв случай до момента не са били следени дружно с повърхностните положения.
" Бяхме сюрпризирани ", споделя физикът Мд. Шафаят Хосейн от Принстънския университет. " Предполагаше се, че сивият арсен има единствено повърхностни положения. Но когато изследвахме краищата на атомните стъпала, открихме и красиви проводящи крайни режими ".
Те могат единствено да заключат, че това, което следят, е хибридно положение, което никой не е виждал до момента.
" Обикновено считаме, че лентовата конструкция на даден материал попада в един от няколко разнообразни топологични класа, всеки от които е обвързван с избран вид гранично положение ", споделя физикът Дейвид Хсиех от Калтех, който не е взел участие в проучването.
" Тази работа демонстрира, че някои материали могат да попадат по едно и също време в два класа. Най-интересното е, че граничните положения, зараждащи от тези два топологични класа, могат да си взаимодействат и да се реконструират в ново квантово положение, което е освен това от суперпозиция на своите елементи. "
Откритието може да разкрие нов тип квантови материали, което от своя страна може да способства за развиването на проучванията в региона на квантовата физика, както и на технологии като квантовите калкулации.
" Предвиждаме, че арсенът, с неговата неповторима топология, може да служи като нова платформа на сходно равнище за създаване на нови топологични материали и квантови устройства, които понастоящем не са налични посредством съществуващите платформи ", споделя Хасан.
" Очаква ни нова вълнуваща граница в региона на материалознанието и новата физика! "
Изследването е оповестено в Nature.
Източник: Science Alert
