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观察拓扑保护的磁性准粒子

发布时间:2019-06-28 11:55:23 来源:

来自东北大学,J-PARC和东京工业大学的一组研究人员对称为“三倍体”的磁性准粒子进行了深入研究。该团队使用低维量子磁体Ba 2 CuSi 2 O 6 Cl 2进行了研究,使用AMATERAS在J-PARC进行中子非弹性散射。他们的发现导致在上述化合物中发现了一种新的“拓扑保护的三重边缘状态”。

拓扑绝缘体的概念发现引起了对基础和技术方面的关注。研究表明,由于拓扑绝缘体内部和外部之间的拓扑特征不同,我们可以预期非拓扑电子流(也称为“边缘状态”)出现在拓扑绝缘体的表面上。

为实现真实的二维和三维电子材料中的拓扑边缘状态已经做出了巨大的努力,因为这种非耗散流有可能用于未来的节能信息传输和处理。

边缘状态概念不仅适用于电子,而且适用于在材料中携带自旋电流的准粒子,从电子自旋波动(例如磁子和三倍子)中出现。然而,到目前为止,只有少数例子证明了具有拓扑特征的玻色子准粒子。

利用AMATERAS在J-PARC中的中子非弹性散射,该团队能够精确地确定量子磁体Ba 2 CuSi 2 O 6 Cl 2中三倍体的色散关系。观察到的色散关系在模型哈密顿量中确定了参数,这确实表明该化合物是Su-Schriffer-Heeger(SSH)模型的新实现 - 这是确定拓扑绝缘体的最基本模型。SSH模型以虚拟磁场下的单次旋转而闻名。标题图像中显示了色散关系以及虚拟磁场。

随着准粒子在图中从左向右移动,虚拟磁场进行单次旋转。同时,准粒子相位旋转一半,导致非平凡的拓扑结构。这种三重态的非平凡拓扑规定边缘态存在于Ba 2 CuSi 2 O 6 Cl 2的能隙中间。拓扑三联体的观察应加速边缘状态的磁性和热力学性质的检测,并可能导致能量有效的信息传输和处理材料的进一步发展。

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