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某些特殊材料的一个奇怪的特性允许电子旅行从一个表面材料的另一个,如果有什么事也。现在,研究人员已经表明,他们可以关闭此功能,通过切换材料的拓扑状态稳定的光脉冲。操作材料的方法可以提供一种新方法,可用于未来的量子计算机和设备携带电流没有损失。
这些应用程序拓扑材料是特别有趣,因为他们的电子态非常抗外部扰动,如加热、机械压力和材料缺陷。但利用这些材料,科学家还需要一些方法来调整它们的属性。
“在这里,我们找到了一个超速和节能的手段利用光作为外部扰动开车进出材料的稳定拓扑状态,”亚伦Lindenberg说,这项研究的主要研究者和能源部的副教授SLAC国爱游戏提现客服家加速器实验室和斯坦福大学。
团队发表了他们的结果自然。
控制拓扑结构与光
在数学中,拓扑结构描述了一个几何对象如何变换成各种形状而不丧失某些属性。例如,一个球体可以演变成一个平圆盘但不是甜甜圈,因为这需要戳一个洞。
在原材料、拓扑更抽象的概念,但它同样带来非凡的健壮性:材料拓扑状态保持异国情调的属性,如导电能力与损失很少,在外部扰动。
“这些材料提供一个令人兴奋的平台,了解新概念在材料物理,我们一直积极学习的新方法利用他们独特的潜力,”Edbert您说,研究员Geballe斯坦福大学先进材料实验室处理Lindenberg和新研究的主要作者之一。研究拓扑材料被授予2016年诺贝尔物理学奖和一个2019年突破奖。
虽然拓扑材料稳定著称,一定的扰动也能赶出他们的稳定状态。“在我们的工作,我们正在寻找方法来使用光和应变控制拓扑材料和为未来创造新的材料指出,可能是有用的应用程序,“您说。
本研究聚焦在一个拓扑材料称为钨ditelluride (WTe2),它是由二维层堆叠而成的。WTe的单晶2实验中使用的是准备在全国MagLab使用特殊工艺由物理学家路易斯·Balicas和他的团爱游戏提现客服队开发的。
“这种方法收益率非常高质量的单晶,”Balicas说。“这是第二个出版造成涉及MagLab和斯坦福大学和哥伦比亚大学的合作,和表明样本合成工作不仅受益人员执行实验在我们的磁铁,但科学界逍遥法外。”
科学家已经提出,在WTe2在其拓扑状态,特定的原子排列在这些层可以产生新形式被称为节点,具有独特的电子性能,如零电阻导电率。这些点可以被认为是wormhole-like特性相反的表面之间的隧道电子材料。
脉冲太赫兹辐射转移拓扑邻近原子层材料钨ditelluride相反的方向,扭曲了材料的原子结构。后一个脉冲振荡结构,层来回摆动在原来的位置。在一个方向摆动,材料失去了它的拓扑性质。在另一个方向摆动时,他们变得更加稳定。为了清楚起见,运动在这个动画被夸大了。
您和他的同事着手调整材料的特性与脉冲太赫兹辐射,一个看不见的形式的光的波长介于红外和微波辐射。他们发现出乎他们的意料:光,他们能够快速切换拓扑状态之间的材料和non-topological状态,有效地转换又回到零电阻状态。
“这是第一次有人见过这个交换行为,”克拉拉Nyby说,研究生在Lindenberg的团队,另一个是该研究的主要作者。“利用太赫兹辐射是这里的关键,因为它的能量可以有效地推动这一运动。”
超快电子摄像头的显示材料开关
找出究竟发生了什么材料,研究人员使用线性的工具超快电子衍射(发行)——高速“电子相机”——迅速采取的快照材料的原子结构后立即受到太赫兹脉冲。
他们发现脉冲转移相邻原子层相反的方向,扭曲了材料的原子结构。层的结构开始振荡,来回摇摆动画(见上图)在原来的位置。在一个方向摆动,材料失去了它的拓扑性质。在另一个方向摆动,房地产再次出现,变得更加稳定。
“有许多原子运动,可能会发生在材料,”合著者Xijie Wang表示线性的发行团队的负责人。“太赫兹脉冲的组合和发行,这里使用第一次,让这个实验成为可能。它允许我们快速识别这个特定的振荡运动。”
助理人员科学家合著者Das Pemmaraju线性,说,“发行数据也依据计算材料的电子结构及其对太赫兹辐射。我们的研究结果表明,辐射驱动材料的拓扑状态然后回。”
还有待观察如何切换机制,团队取得了一个临时的专利,可以被使用。“这是在游戏的早期,“您说。“但是我们可以操纵拓扑材料以非常简单的方式使用光和应变的巨大的潜力。”
接下来,科学家希望将他们的方法应用到更多材料和调查这些结构性的修改如何改变他们的电子特性,进一步探索拓扑材料科学的世界。
这部分工作是由研究人员的斯坦福的原材料和能源科学研究所(西梅斯)和斯坦福脉冲研究所,共同由线性和斯坦福大学。其他机构参与这项研究是哥伦比亚大学和佛罗里达州立大学。国家高磁场实验室工作是由美国国家科学爱游戏体爱游戏提现客服育是什么基金会和佛罗里达州。实验主要是由美国能源部科学办公室。
Manuel Gnida SLAC国家加速器爱游戏提现客服实验室。故事由SLAC国家加速器实验室。爱游戏提现客服
