Китайские физики обнаружили гигантский — на два порядка больше по величине обычного — невзаимный перенос заряда в топологическом изоляторе на основе тетрадимита допированного оловом (Sn—Bi1,1Sb0,9Te2S). Ученые объяснили его асимметричным рассеянием между квантовыми состояниями Холла и поверхностными состояниями Дирака. Статья опубликована в Nature Materials.
Эта новость появилась на N + 1 при поддержке ежегодной Национальной премии в области будущих технологий «Вызов». В 2023 году ее присудили за ионный квантовый процессор, магниты из высокотемпературного сверхпроводника, вычислительные устройства на основе поляритонов и оптический транзистор, а также открытия, позволившие создать новые подходы для лечения заболеваний мозга
В трехмерных топологических изоляторах внутренняя часть материала ведет себя как изолятор, а тонкий внешний слой — как проводник. Эти материалы обладают многими интересными свойствами — например, в них впервые удалось обнаружить майорановские фермионы. Отличительная особенность топологических изоляторов — защита поверхностных состояний от дефектов и температуры благодаря симметрии. Однако в последнее время ученые изучают топологические состояния с нарушениями симметрии. В таких веществах распространение волн можно сделать однонаправленным, что уменьшит потери на обратное рассеяние. Впрочем, перенос в таких веществах оставался достаточно мал.
Ученые под руководством Чжана Шуая (Shuai Zhang), Вана Сюэфэня (Xuefeng Wang) и Суна Фэнци (Fengqi Song) из Нанкинского университета и ряда других институтов обнаружили в топологическом изоляторе (Sn—Bi1,1Sb0,9Te2S) большой невзаимный перенос заряда. Для этого ученые прикладывали ток возбуждения низкой частоты к образцу, охлажденному до 1,6 кельвин и помещенному в сильное магнитное поле величиной 12 тесла, и получали сопротивление второй гармоники путем измерения переменного напряжения. В результате коэффициент невзаимного переноса оказался равен 2,2 × 105 обратных ампер, что на два порядка больше, чем в предыдущих работах.
Ученые отмечают, что полученные экспериментальные результаты хорошо согласуются с теоретическими расчетами. Эти расчеты показали, что при частичном заполнении асимметричное рассеяние между краевыми квантовыми состояниями Холла и орбитами Ландау как раз и приводит к подобному невзаимному переносу.
Изучение топологических свойств квантовых материалов стало одним из основных направлений исследований в последнее время. Например, совсем недавно мы рассказывали, что физики обнаружили гибридное топологическое состояние в элементарном твердом теле.