DigitalArtSpace

Китайские физики из международной группы впервые провели эксперимент, подтвердивший полуквантовый эффект Холла в аксионном изоляторе. Это экзотическое топологическое состояние вещества, которое было предсказано теорией, однако долгое время оставалось недоступным для непосредственного наблюдения.

Аксионный изолятор — это тип топологического материала, характеризующегося тем, что его квантовые свойства проявляются не в объеме кристалла, а на его границах. Главной чертой такого состояния является наличие квантованного аксионного поля, которое, согласно теории, должно приводить к возникновению полуквантованной аномальной проводимости Холла на поверхности материала. Вклад каждой поверхности равен e ²/в реальных образцах сигналы, исходящие от противоположных сторон, как правило, взаимно нейтрализуются, что долгое время не позволяло выявить этот эффект».

Благодаря разработке уникальной гетероструктуры, состоящей из магнитного аксионного изолятора, выращенного методом молекулярно-лучевой эпитаксии, исследователям удалось преодолеть возникшую трудность. Важную роль сыграло асимметричное смещение уровня Ферми – характеристики, влияющей на доступность электронных состояний для проводимости. Это привело к тому, что одно из топологических поверхностных состояний оказалось изолированным внутри магнитной щели, а другое перешло в металлическое состояние и больше не оказывало компенсирующего действия.

Благодаря данной конфигурации стало возможным непосредственное измерение полуквантованной аномальной проводимости Холла, равной e ²/авторы обозначают данный эффект как послойный эффект Холла. Он был стабильно зафиксирован в более чем десяти устройствах и сохранялся вне зависимости от того, были ли слои ориентированы параллельно или антипараллельно, что свидетельствует о его топологической природе.

Представленные результаты служат непосредственным подтверждением наличия полуквантованного граничного отклика, который обусловлен квантованным аксионным полем в структуре материала. Таким образом, исследование восполняет одну из важнейших экспериментальных неясностей в физике топологических состояний и показывает, что возможно контролировать квантованный топологический отклик в пространстве, используя гетероструктурный подход.

В области физики конденсированного состояния аксионные изоляторы обладают схожей математической структурой, что позволяет исследовать «аксионную физику» в твердых телах и создает возможности для разработки принципиально новых квантовых устройств.

Значимость полученного результата проявляется не в создании новых технологий в ближайшем будущем, а в увеличении возможностей для контроля квантовых характеристик материи. Полуквантовый эффект Холла представляет собой четко определенный и стабильный отклик, который в незначительной степени подвержен влиянию дефектов и внешних факторов. В дальнейшем такие явления могут найти применение в сверхнадежных квантовых сенсорах, компонентах спинтроники и конструкциях квантовой электроники, где приоритетными являются не усиление сигнала, а обеспечение его достоверности и повторяемости. Исследование демонстрирует, что сложные квантовые состояния, ранее существовавшие лишь в теоретических моделях, можно не только создавать в материалах, но и активировать и локализовать по слоям – это открывает принципиально новый уровень управления квантовыми свойствами вещества.

Похожие статьи

Новый алгоритм Дарвина-Гёделя учит искусственный интеллект самостоятельно программировать.

В США производят эффективные процессоры: тайванские чипы TSMC возвращаются на родину для завершения производства.

В продаже — новая Lada Granta с увеличенным дорожным просветом

Новые модели Kia могут появиться на российском рынке.

Недорогой аналог Toyota Camry с пробегом более 2000 км завоевал популярность

Рамный внедорожник BAW 212 T01 с мощным двигателем: «Китайский УАЗ» с комфортом.