AZ 
Fiziklər Floquet topoloji vəziyyətinin ilk birbaşa sübutlarını ələ keçirdilər
Tejasri Gururaj tərəfindən , Phys.org
Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib
Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin
SnTe-nin keçici elektron quruluşunu araşdırmaq üçün istifadə edilən eksperimental qurğu. Müəllif: Gérald və Maxime Rumo
“Nature Physics” jurnalında dərc olunmuş yeni bir araşdırma, indiyə qədər yalnız kağız üzərində və simulyasiyalarda mövcud olan maddənin yeni bir işıqla induksiya olunmuş fazası olan Floquet topoloji vəziyyətinin ilk birbaşa eksperimental sübutlarını təqdim edir. Topoloji izolyatorlar səthləri boyunca elektrik keçirə bilir və eyni zamanda kütlələri boyunca izolyasiyanı davam etdirir. Fiziklər illərdir materialın elektron quruluşunu müvəqqəti olaraq yenidən formalaşdırmaq üçün intensiv, sürətlə salınan işıq sahələrindən istifadə edən bir texnika olan Floquet mühəndisliyini inkişaf etdirirlər.
İki ideyanın birləşdirilməsi təbii bir növbəti addım kimi görünürdü: işıqdan istifadə edərək adi bir materialı tələb olunduqda topoloji izolyator kimi davranmağa məcbur etmək. Yarımkeçiricidə belə bir “Floquet topoloji izolyatoru” reallaşdırmaq üçün bir sxem 2011-ci ildə təklif edilmişdi, lakin təsiri eksperimental olaraq dəqiqləşdirmək mümkün olmadı. Proqnozlaşdırılan vəziyyət qısamüddətli olacaq, digər işıq maddəsi effektləri ilə səhv salınması asan olacaq və materialın adi elektron davranışından ayırmaq çətin olacaq.
İndi tədqiqatçılar topoloji faza keçidinə yaxın yerləşən yarımkeçirici olan qalay tellurid (SnTe) istifadə edərək bu boşluğu aradan qaldırıblar. Femtosaniyə lazer impulslarından istifadə edərək komanda keçidin birbaşa sübutlarını ələ keçirib.
Phys.org, araşdırmaya rəhbərlik edən İsveçrədəki Fribourg Universitetinin professoru Klod Monni ilə söhbət etdi. “Əsas tapıntı ondan ibarətdir ki, biz yarımkeçiricinin yalnız işıqla qarşılıqlı təsir yolu ilə metala çevrilə biləcəyini göstərdik”, – Monni dedi. “Materialların kimyəvi tərkibi və atom quruluşu dəyişmir.”
Bunun nə demək olduğunu anlamaq üçün əvvəlcə Floquet topoloji izolyatorunun nə olduğunu və fiziklərin niyə bu qədər uzun müddətdir ki, onu yaratmağa çalışdıqlarını nəzərdən keçirmək faydalıdır.Nasos lazer impulsu ilə işıqlandırılan SnTe nümunəsi. Müəllif: Gérald və Maxime Rumo
Floquet ştatları
Topoloji izolyatorlar daxili səthləri boyunca izolyator kimi davransa da, xarici səthləri boyunca elektrik keçirir. Səth keçiriciliyi materialın zolaq topologiyası və kristal simmetriyası ilə qorunur və elektron quruluşunda Dirak konus kimi tanınan fərqli bir konus formalı xüsusiyyət kimi görünür.
Bu xüsusiyyət səth kimyası və ya qüsurları ilə deyil, zolaq topologiyası və simmetriyası ilə əlaqəli olduğundan, onu pozmaq olduqca çətindir və bu da topoloji izolyatorları spintronika və kvant hesablamaları kimi tətbiqlər üçün uzun müddətdir maraq doğuran hala gətirir.
Topoloji izolyatorlar bəzi materiallarda təbii şəkildə əmələ gəlsə də, bu, materialın kimyasından və kristal quruluşundan asılıdır. Floquet mühəndisliyi də burada işə yarayır.
Sıx, sürətlə salınan işıq sahəsindən istifadə edərək, materialın elektron xüsusiyyətləri müvəqqəti olaraq dəyişdirilə bilər. Materialdakı elektronlar fotonun enerjisi ilə yerini dəyişmiş orijinal elektron zolaqlarını effektiv şəkildə kopyalayaraq yeni “Floket halları” əmələ gətirir. Bu “replika” zolaqlar materialın həqiqi elektron zolaqları ilə qarşılıqlı təsir göstərə və işıq mövcud olduğu müddətcə onun xüsusiyyətlərini yenidən formalaşdıra bilər.
Bu tədqiqatda istifadə edilən material olan SnTe, qəsdən bir seçim idi. Daha yüksək temperaturda orijinal topoloji fazanı dəstəkləyən kristal quruluşu qəbul edə bilər, lakin bu təcrübədə istifadə edilən aşağı temperaturda təbii olaraq fərqli, qeyri-topoloji bir quruluşa çökür. Bu qeyri-topoloji vəziyyət tədqiqatçıların başlanğıc nöqtəsi idi.
Nasos, zond, təkrar
Bu transformasiyanı aktda görmək üçün komanda zamanla həll edilmiş bucaqla həll edilmiş fotoemissiya spektroskopiyasından (TR-ARPES) istifadə etdi. Bu texnika materialın elektron quruluşunu həddindən artıq zamanla görüntüləyən bir texnikadır.
30 K-yə qədər soyudulmuş SnTe kristalları ilə işləyərək, tədqiqatçılar nümunəyə SnTe-nin zolaq enerjisinə yaxın tənzimlənmiş qısa nasos lazer impulsu göndərdilər. Daha sonra ikinci, daha yüksək enerjili zond impulsu materialdan elektronları fotoemissiya edərək, həmin anda onun elektron quruluşunun anlıq görüntüsünü çəkdi.
Komanda, nasos və zond impulsları arasındakı fərqli gecikmələrdə bu ölçməni təkrarlamaqla, materialın elektron quruluşunun işıq impulsuna dəyməzdən əvvəl, dəymə zamanı və dəydikdən sonra necə təkamül etdiyini izləyə bildi.
Monni izah etdi ki, “nasos-zond sxemi adlanan sxemdə, işıq nasosu impulslarının gecikmə müddətinin funksiyası olaraq zolaq strukturunun necə inkişaf etdiyini izləyə bilərik. Beləliklə, nasosun işıq impulsları bərk cismin üzərinə düşəndə keçiricilik zolağının dispersiyasında dəyişiklik görə bildik”.
Təcrübələrlə yanaşı, Pilsendəki Qərbi Bohemiya Universitetində professor Yan Minarın qrupu tərəfindən tədqiqatçı Akki Pulkkinenin töhfələri ilə nəzəri hesablamalar aparılmışdır. Floquet çərçivəsinə genişləndirilmiş sıxlıq funksional nəzəriyyəsindən istifadə edərək, qrup, SnTe-nin elektron quruluşunun nasos işığına necə reaksiya verməli olduğunu modelləşdirərək, təcrübi nəticələrlə müqayisə etmək üçün nəzəri bir mənzərə təqdim etmişdir.
Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və gündəlik və ya həftəlik olaraq vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında yeniliklər əldə edin .
Keçidi tutmaq
Nasos və zond impulsları nümunəyə eyni vaxtda çatdıqda, tədqiqatçılar materialın zolaq boşluğunda SnTe-nin elektron strukturunda Dirac konusunu müşahidə etdilər. Bu xüsusiyyət topoloji səth vəziyyətinin əlamətidir və SnTe-nin adi, topoloji olmayan strukturunda mövcud deyil. Nasos impulsunun keçməsindən təxminən 100 femtosaniyə sonra Dirac konus yox oldu və elektron struktur adi formasına qayıtdı.
Komanda digər izahları istisna etmək üçün bir neçə yoxlama apardı. Dirak konusunun nasos işığının polyarizasiyasından asılı olmayaraq ortaya çıxması lazerlə dəstəklənən fotoemissiya adlanan prosesi istisna etdi. O, həmçinin yalnız nasos SnTe-nin zolaq boşluğu enerjisinə yaxın tənzimləndikdə, həmin rezonansda pik həddə çatdıqda və digər foton enerjilərində solduqda ortaya çıxdı.
Kristalın struktur təhrifinin ayrı bir imzasının izlənməsi, atomların bu pəncərədə hərəkət etmədiyini təsdiqlədi və səbəb kimi ultra sürətli struktur keçidini istisna etdi. Tədqiqatçılar bu təsiri zolaq inversiyası ilə əlaqələndirirlər – SnTe-nin təbii topoloji kristal quruluşunda tapılan düzülüşü təqlid edən valentlik və keçiricilik zolaqları arasında elektron xarakterli dəyişiklik.
Monney izah etdi ki, “Bu, SnTe-nin topoloji vəziyyəti ilə sıx bağlıdır. Biz işığın təsiri altında SnTe-nin elektron quruluşunu bu fazanı təqlid etməyə nail ola bildik. Mən “təqlid” sözünü istifadə edirəm, çünki biz həmçinin bu keçid fazasında ion mövqelərinin dəyişmədiyini sübut edə bildik… Lakin, Floquet mühəndisliyi elektronlara da eyni təsiri əldə edə bilər.”
Floquet çərçivəsinə genişləndirilmiş sıxlıq funksional nəzəriyyəsindən istifadə edərək aparılan nəzəri hesablamalar bu hibridləşməni və nəticədə yaranan Dirak konusunu təkrarlayaraq, effektin əsl işıqla induksiya olunmuş topoloji vəziyyət olduğu qənaətini dəstəklədi. Müəlliflər qeyd edirlər ki, bu keçici vəziyyətin dəqiq topoloji xarakteri hələ tam müəyyən edilməmişdir.
Gələcək işlər
Komanda ümid edir ki, digər qruplar indi fərqli metod və materiallardan istifadə edərək effekti sınaqdan keçirəcəklər. “Bundan əlavə, eyni mexanizmlə Floquet topoloji izolyatoruna çevrilə bilən digər oxşar materialları tapmaq yaxşı olardı. Bu, düzgün mexanizmi başa düşdüyümüzü və onun bütün bir material sinfinə ümumiləşdirilə biləcəyini təsdiqləyər”, – Monni dedi.
Təsiri femtosaniyəli impulsdan daha uzun müddət saxlamaq açıq bir problem olaraq qalır, çünki işığı SnTe-nin zolaq boşluğuna yaxınlaşdırmaq həm də materialın işığı udması və qızması deməkdir.
Müəllifimiz Tejasri Gururaj tərəfindən sizin üçün yazılıb, Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılıb və nəzərdən keçirilib — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .
Nəşr detalları
F. Chassot və digərləri, SnTe-də işıqla idarə olunan zolaq inversiyası ilə induksiya edilən Floquet topoloji vəziyyəti, Təbiət Fizikası (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03341-0
Jurnal məlumatları: Təbiət Fizikası
Əsas anlayışlar
Elektron quruluşOptika və lazerlərFaza keçidləriMaddənin topoloji mərhələləriOptik materiallar və elementlərTopoloji materiallarSpektroskopiyaBu hekayənin arxasında kim dayanır?
Tejasri Gururaj
Fizika üzrə magistr dərəcəsi olan sərbəst elm yazıçısı. Tədqiqat yönümlü yazılar vasitəsilə müxtəlif elmi fənləri araşdırır. Tam profil →
Lisa Lock
İncəsənət tarixi bakalavr, maddi mədəniyyət magistri. Keçmiş muzey redaktoru, paramedik və transplantasiya koordinatoru. 2021-ci ildən Science X üçün redaktorluq edir. Tam profil →
Robert Egan
Riyazi biologiya üzrə bakalavr, yaradıcı yazı üzrə magistr dərəcəsi. Elm və dilə dair unikal perspektivləri olan çox səyahət etmişəm. Tam profil →
© 2026 Science X Network
