研究人员展示新形式的电子物质的存在

研究人员制作了“人性化”的一个新阶段的物质称为四极拓扑绝缘体(QTIs)最近预测使用理论物理。这是第一个实验结果来验证这个理论。

研究人员报告他们的发现在2018年3月15日出版的期刊自然。

团队的工作与QTIs出生十年之久的理解的一个类的属性的材料称为拓扑绝缘体。“这是内部电绝缘体和导体边界,并可能蕴含着巨大的潜力帮助构建低能耗,强劲的电脑和设备,所有定义在原子尺度,“机械科学与工程教授、高级研究员说Gaurav巴尔。

不寻常的性质是特殊形式的电子问题。“集合的电子可以在材料中形成自己的阶段。这些可以熟悉固体、液体和气体阶段像水一样,但有时他们也可以形成更不寻常的阶段像一个TI,”合著者和物理学教授说泰勒休斯。

这通常存在于晶体材料,和其他研究证实TI阶段出现在天然水晶,但仍有许多理论预测,必须确认,休斯说。

这样的一个预测是一种新型的钛的存在有一个电性质称为四极矩。“电子单粒子携带电荷在材料,“说物理研究生Wladimir Benalcazar。“我们发现电子晶体不仅可以集体安排产生电荷偶极子单元,对积极和消极的指控。但还高阶多极四个或八个指控聚集成一个单元。最简单的这些高阶类成员是四极耦合两个正面和两个负电荷的。”

它不是目前可行的工程师材料原子的原子,更不用说控制四极电子的行为。相反,团队建立了一个workable-scale QTI使用材料的模拟了印刷电路板。每个电路板是正方形的四个相同resonators-devices吸收特定频率的电磁辐射。董事会被安排在一个网格模式来创建完整的晶体模拟。

“每个谐振器充当一个原子,原子之间的连接它们之间像债券,”小猫彼得森说,第一作者和一个电气工程研究生。“我们应用微波辐射系统和测量每个谐振器吸收多少,这告诉我们关于电子会表现在一个类似的水晶。微波辐射吸收是一个谐振器越多,越有可能找到相应的原子电子。”

细节让这QTI并不是一个TI是一个谐振器之间的连接细节的结果,研究人员说。

“QTI不导电的边缘像你会看到在一个典型的TI,”巴尔说,“相反,只有角落是活跃的,边缘的边缘,和类似于四个局部点费用,形成所谓的四极矩。正如泰勒和Wladimir预测。”

“我们测量微波辐射每个谐振器在我们QTI吸收,确认谐振状态的精确的频率范围和精确位于角落,”Peterson说。“这指出存在的保护状态预测,将由电子形成四个角落的指控。”

那些角落里的指控这个新阶段的电子问题可能是存储数据的通信和计算能力。“这或许不现实的使用我们的“人性化”模型,”休斯说。“然而,当我们想到QTIs在原子尺度上,巨大的可能性变得明显执行计算和信息处理的设备,甚至在今天鳞片下面,我们可以实现。”

实验和预测之间的研究人员说,这项协议提供承诺,科学家正开始理解的物理QTIs够实用。

“理论物理学家,我和Wladimir可以预测这种新形式的物质的存在,但没有发现这些属性材料到目前为止,”休斯说。“与工程师合作帮助我们预测变为现实。”