Топологические изоляторы научились запускать по поверхности спиновые волны

Топологические изоляторы научились запускать по поверхности спиновые волны

Электроны способны образовывать хиральные спиновые волны в поверхностных проводящих слоях топологических изоляторов. Группа американских физиков обнаружила этот эффект экспериментально, изучив свойства бездефектного селенида висмута. Работа опубликована в Physical Review Letters.

Трехмерные топологические изоляторы — диэлектрические материалы, на поверхности которых образуется очень тонкий устойчивый проводящий слой. Несмотря на то, что у топологических изоляторов уже открыто довольно много интересных свойств (например, в них впервые удалось обнаружить майорановские фермионы), а в 2016 году за изучение топологических фазовых переходов вручили Нобелевскую премию, коллективные спиновые эффекты (такие, как спиновые волны в магнитных материалах) в них пока не наблюдались. Если в магнетиках они проявляются при воздействии внешнего магнитного поля, то для немагнитных диэлектрических материалов возможность их образования объясняется спин-орбитальным взаимодействием. Однако несмотря на то, что такой эффект был предсказан теоретически, наблюдать его экспериментально не удавалось из-за сложности получения необходимой для этого бездефектной кристаллической структуры.

В своей новой работе ученые из США смогли получить кристалл селенида висмута Bi2Se3 с очень низкой концентрацией селеновых вакансий. Этот материал стал первым трехмерным топологическим изолятором, в котором ученым удалось обнаружить формирование поверхностных хиральных спиновых волн. Для этого ученые использовали рамановскую спектроскопию с поляризационной чувствительностью — метод, который как раз позволяет оценить коллективные спиновые и зарядовые эффекты в твердых телах.

Наиболее выражен обнаруженный эффект оказался при довольно низких температурах (около 15 кельвинов), но сохраняется он и при повышении температуры до комнатной. В отличие от, например, поверхностного плазмона, возникающая хиральная спиновая волна аналогична спиновым волнам в ферми-жидкости, где роль магнитного поля по образованию упорядоченной структуры берет на себя спин-орбитальное взаимодействие. По словам ученых, найденные поверхностные спиновые волны могут в дальнейшем быть использованы, например, для передачи информации в электронных устройствах с очень низкими энергетическими потерями.

Если сам селенид висмута является топологическим изолятором, то при небольшом легировании его стронцием, ниобием или медью, он становится сверхпроводником с довольно необычными свойствами. В частности, верхнее критическое поле в таком сверхпроводнике зависит от кристаллографического направления.

Александр Дубов

N+1

Похожие новости:
Инженеры научились создавать управляемые складки
Инженеры из Массачусетского технологического университета научились создавать поверхности со складками управляемой формы. Работа с описанием процесса их изготовления принята к публикации в журнале Advanced Materials, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте института. Разработанная технология основана на использовании двуслойного материала. ..
2012-08-2 786 0 Технология
0
Получен экзотический материал для создания гибких электродов
Международная команда исследователей при поддержке Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США) продемонстрировала ультратонкие листы экзотического материала, который сохраняет прозрачность и высокую проводимость даже после тысячекратного сгибания, складывания и сминания подобно бумаге. Результат этой работы важен ..
2012-03-12 1307 0 Технология
0
Швейцарские инженеры научились создавать изображения из бликов
Инженеры из Федеральной политехнической школы в Лозанне научились создавать изображения с помощью каустик - бликов, образующихся в результате отражения или преломления света на криволинейных поверхностях. Результаты работы были представлены на конференции, ее подробности приводятся на специальном сайте политехнической школы. Исходно авторы ..
2012-11-13 1002 0 Технология
0
Ракеты предложили запускать при помощи микроволновых пушек
Компания Escape Dynamics из штата Колорадо предложила запускать ракеты и космические корабли при помощи микроволновых пушек. В настоящее время уже продемонстрировано управление дронами при помощи аналогичной технологии. Об этом сообщается на сайте IEEE Spectrum. В рамках частного аэрокосмического стартапа ..
2015-07-23 3735 0 Технология
2
Наночастицы научились обманывать иммунную систему
Исследователи из университета Пенсильвании научились защищать предназначенные для доставки лекарств наночастицы от действия макрофагов, снабдив их соответствующим пептидом из системы распознавания «свой»-«чужой». Работа опубликована в журнале Science, а ее краткое содержание приводит ScienceNow. Для защиты наночастиц ученые использовали последовательность белка CD47, который содержится ..
2013-02-22 1151 0 Технология
0
Найден природный изолятор для квантовых компьютеров
Ученые нашли природный топологический изолятор для квантовых компьютеров. Немецкие физики обнаружили в природе минерал кавацулит, который впервые был получен синтетическим путем в качестве топологического изолятора для квантовых компьютеров. Обзор исследования, опубликованного в Nano Letters, приводится в журнале ..
2013-03-14 953 0 Технология
0
В США научились выращивать репродуктивные органы
Американские ученые из Института регенеративной медицины научились выращивать искусственные пенисы. Они долгое время проводили опыты над кроликами, а теперь готовы поэкспериментировать с людьми, которые пережили операции, получили травму или родились с физическими недостатками, передает The Guardian. Ученые планируют провести ..
2014-10-06 1633 0 Технология
2
Японцы научились выбраковывать дефектные стволовые клетки
Ученые из Центра прикладных исследований индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток) Киотского университета (Kyoto University, Япония) под руководством нобелевского лауреата, профессора Синъи Яманаки (Shinya Yamanaka), нашла способ выбраковки дефектных стволовых клеток, из которых развивается раковая опухоль. Как сообщает ..
2013-11-19 1178 0 Технология
0
Дефекты в графене проявят с помощью палладиевого маркера
Химики из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН придумали способ просто и быстро найти дефекты в атомарной структуре графена. С момента открытия графену многие предрекали стать материалом века, который заменит собой целый ряд традиционных материалов. Несмотря ..
2015-06-03 1015 0 Технология
0
В России научились выращивать сетчатку глаза из перепрограммированных клеток
В Федеральном научно-клиническом центре физико-химической медицины (ФНКЦ ФХМ) — подразделении Федерального медико-биологического агентства (ФМБА) — научились выращивать сетчатку глаза из перепрограммированных клеток. Об этом пишет газета «Известия».Эта разработка позволит лечить пациентов, теряющих зрение. Первую трансплантацию ..
2016-12-01 2286 0 Технология
0
Светодиоды научились излучать запутанный свет
Физики из Университета Торонто разработали схему работы светодиодов, которые за счет дополнительного сверхпроводящего слоя излучают запутанные фотоны. Работа опубликована в журнале Physical Review B, ее препринт можно найти в arxiv.org, кратко содержание статьи приводится на сайте университета. Обычные ..
2014-03-21 1012 0 Технология
0
Ученые сумели записать информацию в квантовые биты
Специалисты из Гарвардского университета сумели организовать запись информации на 2 секунды в квантовые биты. Что является безусловным прорывом по сравнению с предыдущим опытом, когда данные были доступны в течение времени, которое меньше этой цифры на 6 порядков, сообщает «PC-News.info». Кубитом называют ..
2012-07-10 911 0 Технология
0
Ученые создали новое покрытие для смартфонов
Gorilla Glass стекло, которое используется на дисплеях мобильных устройств, таких как iPhone, и оно довольно таки прочное, но тем не менее, по-прежнему не так уж редко можно увидеть телефоны Iphones с трещиной на экране. Такой проблемы теперь можно будет избежать, если просто начать ..
2013-09-29 1396 0 Технология
0
Ученые научились придавать золоту абсолютно любой цвет
Инженеры-оптоэлектрики нашли способ придавать золоту абсолютно любой цвет, вырезая микроформы на его поверхности. В случае с металлом - можно придать ему любой цвет, если этот цвет - серебряный. Это происходит потому, что море электронов у большинства металлов, поглощает и испускает свет ..
2014-01-05 835 0 Технология
0
Физики научились управлять стабильностью границы термоядерного шнура
Физики из США и Австралии научились управлять потенциально опасными тепловыми всплесками во внешних границах плазмы (ELM-нестабильностью) в токамаке (установка для магнитного удержания плазмы). Результаты своих исследований авторы опубликовали в двух статьях в журнале Physical Review Letters, а кратко с их содержанием ..
2015-03-17 1125 0 Технология
0