Слева: Атомная структура монослоя V.2МХ4. Справа: электронная структура с топологическим киральным краевым состоянием монослоя V.2WS4 (Ядун Цзян). Кредит: Адаптировано из Письма о физических отзывах (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.106602.
В последние годы физики и ученые-материаловеды выявили различные новые материалы, обладающие интересными свойствами и квантовыми эффектами. Эти материалы могут оказаться очень ценными как в качестве платформ для изучения квантовых эффектов, так и для разработки новых квантовых вычислительных устройств.
Одним из классов материалов, привлекших особое внимание, являются квантово-аномальные изоляторы Холла. Эти материалы обладают интересными свойствами, которые позволяют им проводить электричество строго контролируемым и эффективным способом, используя квантово-механические эффекты и магнетизм.
Исследователи из Фуданьского университета в Китае недавно пытались идентифицировать новые многообещающие квантовые аномальные изоляторы Холла. Их последняя статья, опубликованная в Письма о физических отзывахобрисовывает уникальные характеристики монослоя V2МХ4который может принадлежать новому семейству квантовых аномальных изоляторов Холла.
«Обнаружение внутренних квантовых аномальных материалов Холла является важной целью в исследовании топологических материалов», — рассказал Phys.org Цзин Ван, соавтор статьи. «После того, как мы предсказали MnBi2Те4парадигмального примера магнитного топологического изолятора и демонстрирующего квантовый аномальный эффект Холла в нечетном слое, мы думаем о поиске нового собственного квантового аномального изолятора Холла с большим зазором».
Квантово-аномальные изоляторы Холла с большой щелью демонстрируют квантово-аномальный эффект Холла с относительно большой энергетической щелью между валентной зоной и зоной проводимости. Эти материалы должны демонстрировать синергию двух, казалось бы, противоречивых свойств, а именно спин-орбитального взаимодействия и ферромагнетизма.
«Ключ кроется в d-орбиталях, в которых сосуществуют и топология, и магнетизм», — сказал Ван. «В наших предыдущих работах мы первоначально представили ATiX, класс квантовых аномальных материалов Холла, характеризующихся пространственной группой P4/nmm», — сказал Ван. «Анализ симметрии P4/нмм в конечном итоге привел нас к идентификации V2МХ4 материалы по космической группе П-42м».
В2МХ4новое семейство материалов, идентифицированное Вангом и его сотрудниками, может быть синтезировано с использованием процессов, которые широко используются для синтеза соединений с подобной структурой, таких как Cu2МХ4 и Ag2МХ4. Это новое семейство материалов включает в общей сложности 10 материалов с нетривиальными топологическими запрещенными зонами и аналогичными свойствами, шесть из которых, как было теоретически доказано, обладают как динамической, так и термодинамической стабильностью.
«Обилие кандидатов подчеркивает универсальность этой структуры, расширяя перспективы синтеза», — пояснил Ван. «С точки зрения производительности, мы считаем, что подходящее описание V2МХ4 семья – это «просто, но мощно». Простое правило Хунда обеспечивает высокие температуры Кюри (от 200 до 500 К). Инверсия зоны в гамма-точке приводит к большой нетривиальной топологической запрещенной зоне (от 100 до 300 мэВ)».
Численные расчеты и моделирование, выполненные Вангом и его коллегами, показывают, что V2МХ4 материалы обладают богатыми топологическими свойствами. Это квантово-аномальные изоляторы Холла в их нечетном слое, аксионные изоляторы в их четном слое, антиферромагнитные топологические изоляторы в их трехмерном основном состоянии и трехмерные квантово-аномальные изоляторы Холла в их ферромагнитном трехмерном состоянии.
Теперь исследователи начали сотрудничать с командой физиков-экспериментаторов для синтеза V.2МХ4 в лабораторных условиях. Их работа может проложить путь к выявлению других многообещающих квантовых аномальных изоляторов Холла, что может иметь интересные последствия для исследований в области квантовой физики и развития квантовых технологий.
«В2МХ4 выделяется как один из наиболее конкурентоспособных кандидатов на высокотемпературный квантовый аномальный изолятор Холла с большими зазорами», — добавил Ван. «Если его реализовать экспериментально, это может значительно способствовать исследованиям и применению топологической квантовой физики. Важной целью нашего следующего исследования будет поиск новых собственных топологических изоляционных материалов, и мы одновременно сотрудничаем с экспериментальными группами для изготовления V2МХ4.»
Больше информации:
Ядун Цзян и др., Monolayer V.2МХ4 : Новое семейство квантовых аномальных изоляторов Холла, Письма о физических отзывах (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.106602. На arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2303.14685
© 2024 Сеть Science X
Цитирование: Исследование раскрывает новое семейство квантовых аномальных изоляторов Холла (2 апреля 2024 г.), получено 3 апреля 2024 г. с https://phys.org/news/2024-04-unveils-family-quantum-anomalous-hall.html.
Этот документ защищен авторским правом. За исключением любых добросовестных сделок в целях частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержимое предоставлено исключительно в информационных целях.
