Priljubljene Objave

Izbira Urednika - 2019

Manjka povezava med novimi topološkimi fazami odkritih snovi

Anonim

HZB-fiziki na BESSY II so raziskali vrsto materialov, ki kažejo značilnosti topoloških izolatorjev. V teh študijah so odkrili prehod med dvema različnima topološkima fazama, od katerih je ena feroelektrična, kar pomeni fazo v materialu, ki ima spontano električno polarizacijo in se lahko obrne z zunanjim električnim poljem.

oglas


To bi lahko pripeljalo tudi do novih aplikacij, kot je preklop med različnimi prevodnostmi.

Raziskovalci HZB so preučevali kristalne polprevodniške filme iz svinca, kositra in zlitine selena (PbSnSe), ki so dopolnjevali tudi z majhnimi količinami elementa bizmut. Ti polprevodniki spadajo v novi razred materialov, ki se imenujejo topološki izolatorji, materiali, ki na svojih površinah zelo dobro delujejo, medtem ko se obnašajo kot izolatorji. Doping z 1-2-odstotnim bizmutom jim je omogočil, da opazujejo novo topološko fazno tranzicijo. Vzorec se spremeni v določeno topološko fazo, ki ima tudi lastnost feroelektričnosti. To pomeni, da zunanje električno polje izkrivlja kristalno mrežo, nasprotno, mehanske sile na rešetki lahko ustvarijo električna polja.

Učinek se lahko uporabi za razvoj novih funkcij, kar je zanimivo tudi za potencialne aplikacije. Ferroelektrični materiali za spremembo faze so na primer na DVD-jih in bliskovnih pomnilnikih. Električna napetost premakne atome v kristalu, tako da preoblikuje izolacijski material v kovinsko.

Doping bizmuta v filmih PbSnSe, ki so bili raziskani pri HZB, je bil motnja. Število elektronov v bizmutu ne ustreza dobro pri periodični razporeditvi atomov v kristalu PbSnSe. "Majhne spremembe v atomski strukturi povzročajo zanimive učinke v tem razredu materialov, " razlaga raziskovalec HZB dr. Jaime Sánchez-Barriga, glavni raziskovalec, ki koordinira projekt.

Po podrobni analizi meritev je ostal le en zaključek: doping bizmuta povzroči feroelektrično popačenje v rešetki, ki prav tako spreminja dopustne ravni energije elektronov. "Ta problem nas je zmedel med več svetlobnimi pramenov, dokler nismo povzeli znanstvene rezultate na popolnoma novem vzorcu, " dodaja Sánchez-Barriga. "Potencialne aplikacije bi lahko nastale s feroelektričnimi fazami - tiste, ki jih prej ni bilo mogoče zamenjati. Loše prevodjenje električne energije v topoloških materialih je mogoče vklopiti in izklopiti po volji, z električnimi impulzi ali mehanskim naporom, " pojasnjuje prof. Oliver Rader, vodja oddelka Materiali za Green Spintronics na HZB.

Preiskava je potekala v tesnem sodelovanju z raziskovalci iz Johannes-Kepler-Universität Linz, ki so prav tako vzgojili vzorce. Partho S. Mandal, ki je v okviru svoje disertacije izvedel meritve na materialnem sistemu, je podprla Helmholtzov virtualni inštitut "Nove razmere in njihove vzburjenosti".

oglas



Story Source:

Materiali, ki jih nudi Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Opomba: Vsebino lahko uredite za slog in dolžino.


Referenčni opis revije :

  1. Partha S. Mandal, Gunther Springholz, Valentin V. Volobuev, Ondrej Caha, Andrei Varykhalov, Evangelos Golias, Günther Bauer, Oliver Rader, Jaime Sánchez-Barriga. Topološki kvantni fazni prehod iz zrcalnega v reverzni simetrični zaščitni topološki izolator . Narava Communications, 2017; 8 (1) doi: 10.1038 / s41467-017-01204-0