Создание первого полуметаллического квантового кристалла Вейля
Исследователи совершили новаторский прорыв, успешно создав идеальный полуметалл Вейля, что является значительным шагом вперед в области квантовых материалов.
Фермионы Вейля — это уникальные квантовые возбуждения в кристаллах с особыми электромагнитными свойствами. Несмотря на обширные исследования, нежелательные электроны в большинстве материалов скрывают фермионы Вейля. Недавно исследователи создали материал, содержащий только фермионы Вейля и не содержащий нежелательных электронных состояний.
Международная научная группа под руководством лаборатории RIKEN создала первый идеальный полуметалл Вейля, решив десятилетнюю проблему в квантовых материалах.
Более четырех лет исследователи из разных институтов сотрудничали, чтобы создать полуметалл Вейля из топологического полупроводника — стратегия, впервые предложенная в 2011 году, но не реализованная до сих пор.
Полупроводники имеют небольшую энергетическую щель, что позволяет им переключаться между изолирующим и проводящим состояниями, что является ключевым для транзисторов. Полуметаллы не имеют энергетической щели и редко встречаются в реальных материалах. Графен — хорошо известный пример.
В новом исследовании ученые использовали топологический полупроводник теллурид висмута (Bi2Te3) и заменили висмут на хром, чтобы создать (Cr, Bi)2Te3.
Они наблюдали большой аномальный эффект Холла (АЭХ) в этом материале, что указывает на новую физику. Простая электронная структура (Cr, Bi)2Te3 позволила исследователям связать большой АЭХ с возникающими фермионами Вейля.
Первый автор статьи Илья Белопольски из CEMS был удивлен открытием, отметив, что ключевые идеи уже были установлены, но не были эффективно переданы, что задержало открытие. Он приписывает прорыв уникальному сочетанию талантливых исследователей, щедрого финансирования и динамичной интеллектуальной атмосферы в RIKEN.
Полуметаллы Вейля могут поглощать низкочастотный свет, включая терагерцовые (ТГц) частоты, поскольку у них нет энергетической щели. Исследователи изучают их использование в ТГц-устройствах, высокопроизводительных датчиках, маломощной электронике и новой оптоэлектронике.
«Наше наблюдение полуметаллического ферромагнетика Вейля открывает путь к новым коррелированным состояниям и нелинейным явлениям, а также к спинтронным и оптическим устройствам Вейля с нулевым магнитным полем» — говорят ученые.
Статья была опубликована в журнале Nature.