Физика

Найден способ избежать «топологического пробоя»

Karol Winkler

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.