رفتن به مطلب
azarafrooz

نمونه‌ای عجیب از عایق‌های توپولوژیک

پست های پیشنهاد شده

ترکیبی که رفتار الکتریکی عجیب آن دهه‌ها فیزیکدانان و شیمی دانان را متعجب نموده، می‌تواند مطلوب فیزیک و شیمی کوانتومی و سازندگان قطعات الکترونیکی باشد.

نظریه‌پردازان در ۲۰۰۵ پیشنهاد کردند می‌توان موادی یافت که در سطح رسانای الکتریکی هستند اما بقیه نمونه همانند یک عایق رفتار می‌کند. آن‌ها می‌خواستند اثرات کوانتومی‌ را مطالعه کنند که در چنین موادی بروز می‌کند و کاربرد آن را در الکترونیک کم توان و محاسبات کوانتومی بکاوند. اما ساخت این مواد که عایق‌های توپولوژیک نامیده می‌شوند، بسیار دشوار است. بعضی از محققان با استفاده از روش‌های پیچیده لایه‌های نازکی تولید کرده‌اند که احتمالا برای اهداف صنعتی امکان ساخت بزرگ‌تر آن‌ها وجود ندارد. گروهی دیگر به ترکیباتی دل خوش کرده‌اند که عایق‌های توپولوژیک را تقریب می‌زنند اما هنوز دارای درجه رسانش داخلی هستند.

اکنون سه مقاله [۱-۳] پیشنهاد می‌دهند که هگزابرید ساماریوم (samarium hexaboride) شاید در واقع یک عایق توپولوژیک در حالت توده‌ای باشد. این ماده که بسیار کم درک شده در سال ۱۹۶۹ و برای کسب ویژگی‌های رسانشی در دماهای بسیار پایین توسط محققان آزمایشگاه بل در نیوجرسی کشف شد[۴].

در آخرین مقاله این زمینه [۱] که در ۲۸ نوامبر به صورت آنلاین منتشر شد، پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا-ارواین الکترون‌های بسیار سریعی را روی سطح بلورهای SmB6 گزارش کردند که نشانه‌ای از رسانش سطحی عالی است. پنج روز قبل از آن، پژوهشگرانی در دانشگاه مریلند- کالج پارک اندازه‌گیری‌هایی را گزارش کردند که مسیر الکترون‌های ورودی به نمونه SmB6 را در حین سرد شدن دنبال می‌کرد[۲]. نتایج آنان نشان می‌داد که داخل ماده در دماهای پایین‌تر از ۳۰ کلوین عایق است. نهایتا در مقاله‌ای که در ۲۱ نوامبر منتشر شد[۳]، دانشمندانی از دانشگاه میشیگان- اناربور و دانشگاه کالیفرنیا-ارواین اندازه‌گیری‌های رسانش سطح و توده ماده را گزارش کردند و شواهدی یافتند که رفتار رسانش علی‌رغم ناکاملی‌ها و ناخالصی‌ها پایدار است؛ همان رفتاری که از عایق‌های توپولوژیک واقعی انتظار می‌رود.

 

492165a.jpg

 

 

 

 

علی‌رغم این که داخل بلورهای هگزابرید ساماریوم عایق است، می‌توانند روی سطح خود رسانای الکتریسیته باشند.

 

افزایش علاقه به عایق‌های توپولوژیک در سال‌های اخیر، منجر به این پیش‌بینی در سال ۲۰۱۰ شد که شاید SmB

6

چنین ماده‌ای باشد [۵]. پیرس کولمن (Piers Coleman) از دانشگاه راتگرز در پیسکاتاوی نیوجرزی یکی از چهار فیزیکدان نظری است که این پیش‌بینی را کرد: «شاید به شکل موقتی از ما حمایت شده باشد اما ما از این نتایج جدید هیجان‌زده شده‌ایم.»

 

طی سال‌های اخیر، تعداد مقالات نوشته درباره عایق‌های توپولوژیکی افزایش یافته است (منبع: ISI WEB OF SCIENCE).

مشخصه‌های سردی

این پیش‌بینی تا حدی از مطالعات مواد شناخته شده مانند عایق‌های کوندو (Kondo) نشات می‌گرفت که بر خلاف عایق‌های معمولی، وقتی تا چند درجه بالای صفر مطلق سرد می‌شوند، مقدار کمی رسانش دارند. SmB6 که اغلب به عنوان عایق کوندو طبقه‌بندی می‌شود با این تعریف همخوانی دارد.

کولمن و دیگر نظریه‌پردازان فهمیدند که رفتار این ماده در صورتی معنا دارد که یک عایق توپولوژیک باشد. یعنی خواص کوانتومی ماده به نحوی است که الکترون‌ها نمی‌توانند – همانند یک رسانای معمولی– آزادانه درون آن حرکت کنند بلکه تنها روی سطح حرکت می‌کنند. اگر چنین چیزی اثبات شود، کلمن فکر می‌کند که ویژگی‌های SmB6 و دیگر عایق های کوندو به همه عایق‌های توپولوژیکی قابل تعمیم است.

SmB6 یک عایق توپولوژیک غیر معمول است زیرا الکترون‌ها در لایه‌های بیروني‌تر اتم‌های ساماریوم با یکدیگر برهمکش پر قدرتی دارند به نحوی که یک حرکت جهت‌دار بروز‌ می‌کند. شوشنگ ژانگ (Shoucheng Zhang) که در دانشگاه استنفورد کارهای پیشرویی در زمینه عایق‌های توپولوژیک انجام داده می‌گوید: «این امر می‌تواند ماده را برای ساخت اثرات کوانتومی عجیب مانند تک‌قطبی‌های مغناطیسی یا فرمیون‌های مایورانا (شبه ذراتی که ممکن است برای محاسبات کوانتومی مفید باشند) مفید سازد.» ژانگ می‌افزاید که افزایش علاقه به SmB6 بخشی از علاقه به مطالعه مواد با الکترون‌هایی است که با هم برهمکنش پرقدرت دارند:«اکنون سیستم متعددی داریم و این پیشرفت بسیار هیجان‌انگیزی است.»

پیتر آرمیتیج (Peter Armitage) که روی رفتار عایق توپولوژیک در موادی با پایه بیسموت در دانشگاه جانز هاپکینز کار کرده است، می‌گوید که در این حوزه از فیزیک ماده چگال معمولا آزمایش موجب نظریه می‌شود اما این مثالی از فرایند معکوس است. او اکنون امیدوار است که آزمایش‌های روی SmB6 را در یک یا دو هفته آتی آغاز کند تا حالت‌های سطحی را تایید و مطالعه کند. او می‌گوید: «این‌ها اثرات زیبایی هستند که از ما پنهان شده‌ بودند. این پشرفت بسیار بزرگی است.»

منبع:

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.

مراجع:

 

 

  1. Botimer, J. et al. Preprint at

    محتوای مخفی

      برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.
    (2012).
  2. Zhang, X. et al. Preprint at

    محتوای مخفی

      برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.
    (2012).
  3. Wolgast, S. 5 al. Preprint at

    محتوای مخفی

      برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.
    (2012).
  4. Menth, A., Buehler, E. & Geballe, T. H. Phys. Rev. Lett. 22, 295–297 (1969).
  5. Dzero, M., Sun, K., Galitski, V. & Coleman, P. Phys. Rev. Lett. 104, 106408 (2010).

 

 

  • Like 4

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال
به اشتراک گذاری در سایت های دیگر

برای ارسال دیدگاه یک حساب کاربری ایجاد کنید یا وارد حساب خود شوید

برای اینکه بتوانید دیدگاهی ارسال کنید نیاز دارید که کاربر سایت شوید

ایجاد یک حساب کاربری

برای حساب کاربری جدید در سایت ما ثبت نام کنید. عضویت خیلی ساده است !

ثبت نام یک حساب کاربری جدید

ورود به حساب کاربری

دارای حساب کاربری هستید؟ از اینجا وارد شوید

ورود به حساب کاربری

×