美国普林斯顿大学在三维磁性材料中发现电子的拓扑行为

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9月19日报道,美国普林斯顿大学的研究人员带领的国际研究团队发现,磁性材料在室温下使电子表现出了“违背直觉”的行为:它们是集体行动的。你什儿 行为与无质量粒子和反粒子的共存土办法类事,并形成了奇特的环状社会形态。电子的异常共存行为涉及拓扑学。拓扑科学学研究晶体中电子行为的重要数学分支学科。拓扑材料涵盖光或光子形式的无质量粒子。在拓扑晶体中,电子通常表现得像“减速运动光”,但与光不同的是,它携带着电荷。磁性材料中很少能观察到拓扑社会形态,而在室温采集现磁性拓扑材料更是巨大的突破。普林斯顿大学物理学教授M. Zahid Hasan说:“在此完后 ,涉及磁体三维拓扑社会形态的观点还这麼定论。新发现为当当我们 儿儿在微观层面上解释类事大间题提供了直接和决定性的证据。”

普林斯顿大学M. Zahid Hasan研究团队合影。

Hasan教授和他的团队花了十余年时间研究候选材料,以寻找拓扑磁量子态。人太好地球上居于着数千种磁性材料,但绝大多数材料都会具备拓扑性质。磁性材料的社会形态过于冗杂,无法从理论上建立模型,怎么让研究人员也无法观察到拓扑社会形态的决定性实验社会形态。幸运的是,Hasan教授团队找到了转折点。Hasan实验室博士后研究员、论文作者Ilya Belopolski说:“在被你什儿 磁性材料打击完后 ,当当我们 儿儿在测试一组室温磁体时意外发现了无质量电子的社会形态。这使当当我们 儿儿走上了发现首个三维拓扑磁相之路。”

你什儿 奇异的磁性晶体由钴、锰和镓构成,它们以有序的、重复性三维图案排列。为了研究材料的拓扑情况汇报,研究人员使用了角分辨光发射光谱技术(简称ARPS)。高强度的光照射到样品上,迫使电子从表表层层发射出来,研究人员通过测量哪些地方地方电子,能必须获取其在晶体内的行为土办法等信息。普林斯顿大学访问学者Daniel Sanchez说:“在ARPS的帮助下,当当我们 儿儿在磁体中观测到了威尔费米子的居于。”当研究人员深入研究威尔费米子时,当当我们 儿发现磁体上似乎否是数不同的无质量电子,它们以环社会形态态居于,其中每种电子还表现出与反粒子类事的性质。你什儿 电子集体量子行为的全称为“磁拓扑威尔费米子环”。Hasan实验室博士后研究员Guoqing Chang说:“这是一种非常新奇的体系。它甚至与粒子物理学家研究亚原子粒子时的经验不太契合。”

三维拓扑磁体必须在表表层层电子波函数呈鼓形时才会表现出最奇异的社会形态。这构成了拓扑磁体的新社会形态。Hasan等在当当我们 儿的研究中观察到了鼓形电子态,这为证明它是一种新的物质情况汇报提供了决定性证据。麻省理工学院物理学教授Patrick Lee这麼参与这项研究,他对研究的重要性发表了评论。他说:“Hasan团队老会 站在发现拓扑新材料的前沿。当当我们 儿的研究为量子磁体开辟了新思路。”

此外,Hasan团队还研究了电磁场对拓扑磁体的影响。当当我们 儿在室温下观察到了一种奇特的电磁反应。Hasan补充说:“科学家们找到了太久拓扑材料,但它们不能自己显示出拓扑解耦股产生的清晰电磁响应。当当我们 儿儿避免了你什儿 大间题。由此,人类或许能必须进入全新的拓扑磁体领域。”