Найден способ избежать «топологического пробоя»

Физики из Эймсской лаборатории Министерства энергетики США и Университета Нотр-Дам обнаружили, что терагерцовые колебания могут сделать спиновый ток в топологических изоляторах более стабильным. Статья исследователей опубликована в журнале npj Quantum Materials.

Некоторые топологические материалы обладают свойствами изоляторов в своем объемном виде, но при этом их поверхности проводят электрический ток. Различия в поведении электронов на поверхности и в объемном виде делают эти материалы очень перспективными для технологических применений — но создают и ряд проблем. Например, неконтролируемые взаимодействия между разными типами электронов могут заставить их беспорядочно рассеиваться, что приводит к так называемому «топологическому пробою».

Чтобы решить эту проблему ученые в своей работе предложили новый подход. Он основан на применении терагерцового поля для возбуждения периодических атомных колебаний. В качестве модели топологического изолятора авторы использовали селенид висмута Bi₂Se₃. Направленные на материал терагерцовые колебания фактически усиливали защищенные топологические состояния, делая электронные возбуждения более долговечными.

Иллюстрацией такого способа, называемого динамической стабилизацией, является периодически приводимый в движение маятник Капицы, созданный лауреатом Нобелевской премии Петром Капицей. В нем обратная, но стабильная ориентация достигается введением достаточно высокочастотной вибрации его точки вращения. Аналогичным образом, дополнительная динамическая стабилизация может быть достигнута за счет возбуждения квантово-периодических движений решетки.

«Мы показываем, что динамическая стабилизация в топологической материи может стать новым универсальным регулятором, который может быть использован для усиления защищенного квантового сигнала», — говорит один из исследователей, сотрудик Эймсской лаборатории и профессор Университета штата Айова Джиганг Ван. По его словам, открытие имеет далеко идущие последствия для использования этих материалов во многих научных и технологических дисциплинах, таких как устойчивые к беспорядку квантовые информационные и коммуникационные приложения и спиновая квантовая электроника на основе световых волн.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.