|
Предсказано появление квантового аномального кристалла
|
|
|
|
Муаровые сверхрешетки - структуры, которые возникают, когда два слоя двумерных (2D) материалов накладываются друг на друга с небольшим углом скручивания, - были предметом многочисленных физических исследований. Это связано с тем, что недавно было обнаружено, что в них происходят новые увлекательные ненаблюдаемые физические явления и экзотические фазы материи.
|
|
|
|
Исследователи из Калифорнийского государственного университета в Нортридже, Стокгольмского университета и Массачусетского технологического института (MIT) недавно предсказали появление нового квантового аномального состояния вещества в частично заполненных полосах муаровой сверхрешетки. Их статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters, предсказывает существование такого состояния вещества в скрученном полупроводниковом бислое tMoTe2.
|
|
|
|
"Муаровые материалы содержат множество электронных фаз, включая топологические квантовые жидкости и электронные кристаллы", - сказал Лян Фу, соавтор статьи. Phys.org "В широком смысле, кристаллизация и топология основаны на корпускулярном и волновом аспектах электрона соответственно".
|
|
|
|
Вдохновленные недавними исследованиями, посвященными муаровым сверхрешеткам, Фу и его коллеги решили исследовать двойственную природу электронов в этих материалах. После расчетов и размышлений они предсказали появление в этих материалах топологического электронного кристалла, который никогда ранее не наблюдался.
|
|
|
"Нашей основной целью было понять, какие новые квантовые фазы могут быть реализованы, учитывая характерные особенности муаровых сверхрешеточных систем с более богатой взаимосвязью между кинетической энергией и взаимодействием, а также то, как их охарактеризовать", - сказала Донна Шенг, соавтор статьи.
|
|
|
|
Новое состояние вещества, обнаруженное исследовательской группой, демонстрирует интригующее сочетание взаимосвязанных ферромагнетизма, порядка заряда и топологии. Это сочетание свойств весьма необычно, поскольку, как правило, топология и локальный порядок заряда конкурируют и не наблюдаются вместе.
|
|
|
|
"Этот класс состояний может быть довольно распространенным в муаровых сверхрешетках, с характерными экспериментальными признаками, включая квантованную и удивительно большую холловскую проводимость в нулевом поле", - сказал Эмиль Дж. Берггольц, соавтор статьи.
|
|
|
|
"Что делает это явление еще более примечательным, так это то, что этим состоянием управляют сильные кулоновские взаимодействия. Без этих взаимодействий система вела бы себя как простой металл. Однако топология сильно взаимодействующей системы, тем не менее, проявляется в терминах эффективно невзаимодействующих фермионов в виде изолирующего состояния Черна."
|
|
|
|
Предсказание командой этого нового состояния вещества основано на обширных численных расчетах, в которых используются данные исследований, посвященных двухслойным полупроводникам со скрученной структурой. Исследователи также создали простую феноменологическую модель, которая отражает основные качественные характеристики нового состояния, предлагая лучшее понимание физики, лежащей в его основе.
|
|
|
|
"Наше исследование выявило новую и неожиданную фазу материи, которая сочетает в себе различные аспекты квантовых явлений, возникающих в сильно взаимодействующих материалах, таких как кристаллизация и топология", - сказал Ахмед Абуэлкомсан, соавтор статьи.
|
|
|
|
"Установлено, что эта фаза конкурирует с соседними фазами, такими как составная ферми-жидкая фаза, которая не проявляет кристаллизации. Таким образом, наши результаты служат руководством для текущих экспериментов с муаровыми материалами, которые пытаются идентифицировать возможные основные фазы".
|
|
|
|
Это недавнее исследование открывает новые возможности для изучения экзотических фаз вещества в муаровых сверхрешетках. Недавние исследования позволили получить экспериментальное наблюдение квантового аномального кристалла Холла в скрученном двухслойном–трехслойном графене, который очень похож на состояние, предсказанное командой из Калифорнийского государственного университета в Нортридже, Стокгольмского университета и Массачусетского технологического института.
|
|
|
|
В своих следующих исследованиях Фу, Шенг и их коллеги планируют продолжить изучение предсказанного ими состояния вещества и, как мы надеемся, откроют другие экзотические состояния в муаровых сверхрешетках. Основываясь на своих результатах, они предсказывают, что кристаллы изолятора Черна с частичным заполнением муаровых полос играют важную роль в феноменологии муаровых сверхрешеток.
|
|
|
|
"Такие состояния наблюдались в условиях ограниченного магнитного поля до нашей работы и с тех пор наблюдались при нулевом магнитном поле в нескольких муаровых системах на основе графена", - сказал Эйдан Редди, соавтор статьи.
|
|
|
|
"Эта феноменология поднимает множество теоретических вопросов. Например, как мы должны относиться к энергетической конкуренции между этими состояниями и частичными изоляторами Черна? Как мы должны понимать взаимосвязь коэффициента заполнения кристалла и числа Черна с числом Черна лежащих в основе муаровых полос?
|
|
|
|
"Мы рады продолжить размышлять над этими вопросами в числе прочих".
|
|
|
|
Источник
|
