研究人员发现手性晶体显示有趣的量子效应

一个国际科学家小组表明,特定的类不对称的晶体像生物“偏手性”,称为手性晶体,可能包含电子在不可预知的方式行动。

“在我们的工作之前,量子级别的电子手性晶体的性质是很少研究,“m . Zahid哈桑说,尤金·希金斯的物理学教授普林斯顿大学领导这项研究。“这决定性的工作开辟了一个新的大陆拓扑材料的探索。”欧洲杯足球竞彩

也称为构型,手性是所有对象的典型物理性质,不能叠加的镜像。可以看出日常用品,如手套、螺丝、鞋子、多层停车场。手性晶体是重要的物理学家的兴趣,因为他们的磁性,导电,光学,尤其是他们的拓扑性质。邓肯•霍尔丹普林斯顿的谢尔曼仙童大学的物理学教授,获得了2016年诺贝尔物理学奖,他的理论设想的属性拓扑材料。欧洲杯足球竞彩

物质的拓扑属性已成为现代物理学中最受欢迎的珍宝之一。从一个基本的观点和寻找潜在的应用在新一代量子和纳米技术。

m . Zahid哈桑,研究铅和物理学的尤金·希金斯教授,普林斯顿大学。

2018年10月的文章中,哈桑的研究小组提出了一个理论,晶体的物理手性之间的差距以及电子在这些晶体,量子力学和符合拓扑的数学法则。科学家们惊讶地发现所有的非磁性手性晶体共享一个公共拓扑量子性质:所有的电子结构特性band-touching点由韦尔方程,量子运动方程。粒子物理学家赫尔曼·韦尔预测这种行为在1929年在普林斯顿。欧洲杯猜球平台

目前,通过应用群论的晶体,哈桑的团队建立了新形式的手性晶体可以主机小说形式fermions-electrons共同充当如果他们massless-which绰号“手性费米子。“团队这些概念应用于手性晶体,发现意外的结果关于他们的光学,电子,和拓扑行为,引发“拓扑手性晶体。“科学家们惊讶地发现,这些拓扑手性晶体可以显示独特的现象,比如大型费米弧和电子自旋集体像磁单极子。

应用他们的预测理论,作者也承认许多高质量的手性化合物在实验应用的前景。在中间,铑硅化物,统称为RhSi类,表现出最大的承诺,最长可能的拓扑显示表面费米arcs-a大规模能源窗口调查电子的行为。利用他们的开创性的方法来检测外尔fermions-which物理世界公认的十大突破2015 -哈桑和他的团队开始探索电子手性晶体RhSi类几年前。

他们探索原子的排列表面的材料使用的方法,如检查正确的对称性利用扫描隧道显微镜在哈桑的拓扑量子物质和先进的光谱实验室位于普林斯顿的Jadwin大厅的地下室。

手性晶体被发送到劳伦斯伯克利国家实验室,在一些研究成员使用的高能x射线使电子从表面上看,检查模式由电子可以公开发布他们的速度和质量。科学家们了解到,电子从深处释放样品质量已经为零,和他们的速度和自旋分布显示他们的手性(给)的行为和他们的集体monopole-like特性。

“是惊人的,不知怎的,晶体结构的手性对电子有一个深远的影响在这些材料现在质量和手性,”欧洲杯足球竞彩泰勒科克伦说,物理的研究生,三个co-first论文的作者之一。

我们希望这是冰山的一角。有很多手性晶体。这将是伟大的检查有多少的拓扑。这将是一个奇妙的操场上为新类型的量子现象。

Ilya Belopolski,普林斯顿大学的研究生和Co-First作者

“手性晶体似乎是一个完美的小说电子阶段的物质来源,更加让人觉得振奋。无质量的电子的物理学家们寻找多年,”丹尼尔·桑切斯说,另一个co-first作者。“这是很棒的,我们发现他们。”

科学家们兴奋地确定这种量子级别的手性行为的电子,张主任说,博士后研究助理在哈桑的实验室理论论文的第一作者预测这些拓扑出现。“这是其中的一个例子,我们的理论预测意识到实验,”他说。“这并不总是发生。我们预测新东西,同意大自然所存储的介绍是令人兴奋的。”

这的确是非常令人满意的预测异国情调和时也出现在实验室实验。这不是我们第一次成功地预测在量子物理拓扑的影响。我们成功地预测了一些新的bismuth-based现在是主要研究拓扑绝缘体的化合物。我们结合理论和实验来推进前沿知识。

m . Zahid哈桑,研究铅和物理学的尤金·希金斯教授,普林斯顿大学。

团队包括许多来自普林斯顿大学物理系的科学家,包括当前和过去的研究生丹尼尔·桑切斯Ilya Belopolski,泰勒科克伦,纳赛尔Alidoust,丹尼尔相乘,Songtian索尼娅,娜娜Shumiya苏扬徐,和现在的和过去的博士后研究协会Jia-Xin阴,张主任,胖子谢。其他合作者西铜,Kaustuv吗哪,林姬莹Suß,cheng yi黄Xirui Wang Guang-Qiang Wang Tay-Rong Chang克劳迪娅·费尔斯,双佳,新林。

这段视频显示了费米弧内拓扑手性晶体,通过水晶上下移动。