Ingrid Fadelli , Phys.org

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriTopoloji həyəcan izolyatorunun bədii təsviri: Eksitonlar materialın böyük hissəsində kondensasiya olunur və kollektiv izolyasiya mərhələsi yaradır, topoloji cəhətdən qorunan kənar rejimlər nümunənin sərhədi boyunca sərbəst yayılır. Kredit: Md Shafayat Hossain

Topoloji materiallar öz sərhədlərində unikal elektron xassələri (3D materiallarda səth; 2D materiallarda kənar) nümayiş etdirən, qüsurlara və ya pozulmalara qarşı davamlı olan və toplu xüsusiyyətlərindən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənən materiallar sinfidir. Başqa sözlə, bu materiallar izolyator ola bilər (yəni elektronların və ya istilik axınına müqavimət göstərə bilər), lakin hələ də onların sərhədində keçirici ola bilər (yəni elektronların və ya istiliyin onlardan asanlıqla axmasına imkan verən).

Materiallarda topoloji fazalar onların ümumi kvant xassələrindən yaranır ki, bu da öz növbəsində simmetriyalardan, elektron enerji zolaqlarının quruluşundan və qarşılıqlı təsirlərdən təsirlənir. İndiyə qədər çox az topoloji fazanın kortəbii simmetriyanın pozulması aşkar edilmişdir, bu proses materialın əsas vəziyyətinin (yəni, ən aşağı enerji vəziyyətinin) yüksək temperaturla müqayisədə daha aşağı simmetriya nümayiş etdirməsinə səbəb olur.

Prinston Universiteti, Pekin Texnologiya İnstitutu, Sürix Universiteti, Milli Maqnit laboratoriyası və digər institutların tədqiqatçıları bu yaxınlarda Ta₂Pd₃Te₅ birləşməsində simmetriyanın pozulması ilə bağlı bu fazalardan birini, yəni topoloji eksitonik izolyator fazasını aşkar etdilər.

Nature Physics- də dərc olunmuş məqalədə qeyd olunan onların müşahidələri bərk cisim sistemlərində kvant fazalarının tədqiqi və mühəndisliyi üçün yeni imkanlar aça bilər ki, bu da öz növbəsində kvant texnologiyalarının, spintronik və eksitonic cihazların inkişafına məlumat verə bilər.

“Müxtəlif sifarişlər arasında rəqabət və ya əməkdaşlıq çox vaxt yeni kvant fazalarına səbəb olur” dedi məqalənin ilk müəllifi Md Shafayat Hossain Phys.org-a. “Məsələn, yüksək T _c superkeçiricilərində və bükülmüş ikiqatlı qrafendə , korrelyasiya olunmuş simmetriyalardan yaranan zəngin yük və spin sıraları mənzərəsi əlaqəli elektron davranışı haqqında yeni anlayışlar təmin etdi. Biz elektron topologiyanın belə simmetriyanı pozan sifarişlərlə qarşılıqlı əlaqədə ola biləcəyi platformalar axtardıq.”

Hossain və onun həmkarlarının son araşdırmasının əsas məqsədi materialların topoloji xassələrinin əlavə qırıq simmetriyaların yaranmasına necə reaksiya verdiyini daha yaxşı başa düşmək olub. Bunun üçün onlar Ta₂Pd₃Te₅ birləşməsində simmetriyanın pozulması ilə bağlı topoloji fazaları araşdırmaq üçün skan edən tunel mikroskopiyası (STM) adlı texnikadan istifadə ediblər.

“STM ölçmələri, temperaturun 100 K-dən aşağı düşməsi ilə izolyasiya edən enerji boşluğunun inkişaf etdiyini ortaya qoydu” dedi Hossain. “Tamamlayıcı bucaqla həll olunan fotoemissiya spektroskopiyası (ARPES) bu boşluğu materialın güzgü simmetriyalarını pozan sıfır impulslu eksitonik kondensasiya nəticəsində yarandığını müəyyən etdi.

“STM daha da topoloji kənar vəziyyətləri aşkar etməyə imkan verdi və 5 K-dən aşağı, biz əlavə sonlu impulslu eksitonik kondensatın inkişafını müşahidə etdik. Bu tapıntılar faza keçidlərini təsdiqləyən istilik tutumu ölçmələrində termodinamik imzalarla təsdiqləndi.”

Eksitonik izolyator fazası eksitonların (yəni, deşik-elektron cütlərinin) kortəbii əmələ gəlməsi ilə şərtlənən kollektiv izolyasiya vəziyyəti ilə xarakterizə olunan maddənin kvant mərhələsidir. Bu mərhələ haqqında geniş nəzəriyyələr irəli sürülüb, lakin indiyə qədər onun çox çətin olduğu və eksperimental olaraq müşahidə edilməsi çətin olduğu sübut edilmişdir.

Hossain və həmkarlarının son işi əlavə bir bükülmə ilə Ta₂Pd₃Te₅-da eksitonik izolyator mərhələsinə dair sübutlar topladı. Konkret olaraq, bu mərhələnin materialın qeyri-trivial elektron topologiyası (yəni, onun artıq müşahidə edilmiş topoloji fazası) ilə yanaşı mövcud olduğu aşkar edilmişdir.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklər əldə edin .

Tədqiqatın birinci müəllifi Yuxiao Jiang, “İndiyədək heç bir materialın tək kvant fazasında həm güclü eksitonik korrelyasiyaları, həm də topoloji zolaq quruluşunu təbii olaraq daşıdığı göstərilməyib” dedi. “Təklif olunan namizədlərin əksəriyyəti eksitonic izolyatorun imzasını maskalayan struktur təhrifləri kimi fəsadlardan əziyyət çəkir. Bu, ilk dəfədir ki, biz həm topologiya, həm də eksitonik korrelyasiya toplu 3D materialda birlikdə rəqs etdiyini görürük.”

Əvvəlki tədqiqatlar tək qatlı WTe₂ kimi diqqətlə hazırlanmış 2D heterostrukturlarda eksitonik davranışı uğurla müşahidə etmişdi. Bununla belə, müşahidə etdikləri davranışlar çox nazik təbəqədə, adətən bir neçə atom qalınlığında elektronların və dəliklərin süni şəkildə bağlanmasına əsaslanırdı.

Bunun əksinə olaraq, Hossain və onun həmkarları tapdılar ki, Ta₂Pd₃Te₅ kortəbii olaraq kütləvi formada eksitonik kondensasiyaya məruz qalır. Qeyd edək ki, bu kondensasiya tədqiqatçılar tərəfindən heç bir müdaxilə və mühəndisliyə ehtiyac olmadan tamamilə materialın daxili elektron qarşılıqlı təsirləri ilə idarə olunur.

Tədqiqatın birinci müəllifi Zijia Çenq əlavə edib: “Maraqlıdır ki, biz ikinci bir eksitonik qeyri-sabitliyi də kəşf etdik – əsas kristalın tərcümə simmetriyasını pozan və real məkanda super qəfəs modulyasiyası yaradan”. “Bu sonlu impulslu kondensat sıfır impulslu eksitonik faza ilə yanaşı meydana çıxır. İki eksitonik kondensatın – biri sıfır impulslu, digəri isə sonlu impulslu – başqa heç bir məlum sistemdə müşahidə olunmamışdır.

“Bundan başqa, biz nümayiş etdiririk ki, sonlu impulslu kondensatın dalğa vektoru tətbiq olunan maqnit sahəsi ilə davamlı olaraq tənzimlənə bilər. Bu tənzimləmə sonlu impulslu eksiton kondensatı üçün tüstüləmə silahıdır. Bu, impuls daşıyan, lakin hərəkət edərkən c-yə bənzər, hərəkət edən elektron-deşik cütlərinin kvant mayesinə istinad edir.”

Bu yaxınlarda aparılan araşdırma, eksitonların kortəbii kondensasiyasının qeyri-trivial topoloji faza ilə birlikdə mövcud olduğu yeni kvant materialları sinfini aşkar etdi. Gələcəkdə tədqiqatçılar tərəfindən tədqiq edilən birləşmə və oxşar xüsusiyyətlərə malik olan digər materiallar müxtəlif qabaqcıl texnologiyaların, o cümlədən dağılmayan elektronika, kvant hesablama komponentləri və elektriklə tənzimlənən optik cihazların inkişafı üçün dəyərli ola bilər.

“Bizim kəşfimiz kvant materiallarının tədqiqatında perspektivli yeni istiqamət aça bilər” dedi Hossain. “Bu, su ilə ekzoplanet tapmağa bənzəyir – əgər varsa, çox güman ki, kəşf olunmağı gözləyən başqaları da var.

“Biz indi elektron korrelyasiyaların, simmetriyanın pozulmasının və topologiyanın birlikdə mövcud olduğu və ya rəqabət apardığı, potensial olaraq daha da ekzotik kvant fazalarına səbəb olan yeni platformaları müəyyən etmək üçün əlaqəli birləşmələri araşdırırıq. Paralel olaraq, biz onun kvant vəziyyətlərinin daşıma xüsusiyyətlərini araşdırmaq üçün Ta₂Pd₃Te₅ əsasında cihazlar hazırlayırıq.”

Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış , Liza Lok tərəfindən redaktə edilmiş və Endryu Zinin tərəfindən yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmiş bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu hesabat sizin üçün əhəmiyyət kəsb edirsə, lütfən, ianə (xüsusilə aylıq) nəzərdən keçirin. Siz təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Daha çox məlumat: Md Shafayat Hossain et al, Tənzimlənən impuls sırasına malik topoloji eksitonik izolyator, Təbiət Fizikası (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02917-6

Jurnal məlumatı: Təbiət Fizikası 

© 2025 Science X Network