| 0 |
|
Физики-теоретики из Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Департаменте энергетики США использовали компьютерное моделирование, чтобы показать, как специальные световые импульсы могут создать надежные каналы в атомарно тонком полупроводнике, в которых электричество течет без сопротивления.
Если этот подход подтвердится экспериментами, он может открыть дверь для нового способа создания и управления этим желательным свойством в более широком спектре материалов, чем это возможно сегодня.
За последнее десятилетие понимание того, как создать этот экзотический тип материала, известный как "топологически защищенный", потому что его поверхностные состояния невосприимчивы к незначительным искажениям, был горячей темой исследования в области материаловедения. Наиболее известными примерами являются топологические изоляторы, которые проводят электрический ток без сопротивления в закрытых каналах вдоль их краев или поверхностей, но не внутри.
Ученые из SLAC и Стэнфордского университета были на переднем крае открытия таких материалов и исследования их свойств, которые могли бы иметь будущие применения в микроэлектронных схемах и устройствах. В этом году Нобелевская премия по физике была присуждена трем ученым, который впервые высказал мысль о возможности топологически защищенных свойств материала.
Предыдущие теоретические исследования рассматривали, как свет может вызвать топологически защищенные явления в графене, листе чистого углерода толщиной всего в один атом. К сожалению, чтобы вызвать этот эффект в графене, необходимо была непрактично высокая энергия и интенсивность света. В этом исследовании ученые из SLAC сосредоточились на дисульфиде вольфрама и родственных соединениях, которые образуют листы толщиной всего в одну молекулу и по своей природе являются полупроводниками.
Исследователи моделировали эксперименты, в которых импульсы циркулярно поляризованного света в красной и в ближней инфракрасной области длин волн, падали на один слоя дисульфида вольфрама. Результаты показали, что в то время, когда материал освещался, его электроны организовали себя способом, принципиально отличным от графена, создавая новые пути без какого-либо электрического сопротивления вдоль краев образца.
Для учета флуктуаций взаимодействий между световыми волнами и электронами исследователи использовали периодически изменяющуюся во времени систему отсчета, которая восходит к 1880-м годам и французскому математику Гастону Флоке. Подход ясно показал, что свет с более низкой энергией, для которого материал может оказаться прозрачным, создаст топологически защищенные с нулевым сопротивлением пути по краям в монослое дисульфида вольфрама.
Кроме того, моделирование показало, что нежелательного нагрева материала, который разрушит пути, можно было бы избежать путем настройки энергии света, которая должна быть немного меньше, чем наиболее эффективная "резонансная" энергия.
«Мы первые, кто связал основные принципы модели материала с топологически защищенными состояниями, индуцированными светом, при ослаблении избыточного нагрева материала», - сказал Мартин Клаассен (Martin Claassen), аспирант из Стэнфорда, работающий на SLAC и ведущий автор технической статьи.
Ученые проводят обсуждения с другими исследовательскими группами, которые могут привести к экспериментам, проверяющих их теоретические предсказания на реальных материалах.
Кадр из анимации показывает электронные состояния в монослое дисульфида вольфрама, который подвергается освещению циркулярно поляризованным светом в диапазоне от красного до ближнего инфракрасного длин волн. Тонкие светлые области в середине обозначают топологически защищенный путь, по которому электроны могут двигаться без сопротивления
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| 0 |
|
