高質(zhì)量晶體揭示拓撲絕緣體的新物理

德克薩斯大學(xué)達拉斯分校的科學(xué)家及其合作者將卓越的晶體生長技能與理論預(yù)測相結(jié)合，揭示了對稱為拓撲絕緣體的材料的新見解。

拓撲絕緣體 (TI) 在內(nèi)部表現(xiàn)得像絕緣體，但在外部則是導(dǎo)體。拓撲絕緣體有一些獨特的家族：強 TI，在自然界中很常見;弱 TI，在實驗室中很少見且難以生產(chǎn);另一個罕見的類稱為高階 TI。

例如，在立方體形狀的強拓撲絕緣體中，所有六個面都可以穩(wěn)健地傳導(dǎo)電子。在弱 TI 中，只有四個面導(dǎo)電，而頂面和底面保持絕緣。在高階 TI 中，電子僅沿選定的鉸鏈移動，其中兩個晶面相交。

這項新研究與萊斯大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、俄亥俄州立大學(xué)等的實驗家合作，于 8 月 24 日在線發(fā)表在《物理評論 X》上。研究結(jié)果首次清楚地表明，德克薩斯大學(xué)達拉斯實驗室中由鉍和碘制成的晶體不僅是弱拓撲絕緣體，而且在室溫下還會發(fā)生相變，轉(zhuǎn)變?yōu)樾陆Y(jié)構(gòu)，從而顯著改變材料的電子特性。

“我們相信我們的研究提供了確鑿證據(jù)，聲稱這碘化鉍材料是一種弱TI表示，”兵呂醫(yī)生，該研究的通訊作者之一的助理教授物理學(xué)在自然科學(xué)和數(shù)學(xué)學(xué)院在UT達拉斯。他的團隊生產(chǎn)了大型、高質(zhì)量的碘化鉍晶體，使這些發(fā)現(xiàn)成為可能。“其他研究人員聲稱已經(jīng)產(chǎn)生了弱 TI，但他們的證據(jù)并不那么有力。

“我們還清楚地證明，在室溫范圍內(nèi)只有很小的溫降，這種材料就會經(jīng)歷從弱 TI 到更高階 TI 的拓撲相變。這顯著改變了它傳導(dǎo)電子的方式，”他說。

德克薩斯大學(xué)達拉斯分校物理學(xué)副教授、該研究的通訊作者Fan Zhang 博士說：“這項工作不僅對室溫下潛在的電子或計算應(yīng)用很重要，還因為它代表了兩個全新的數(shù)個電子以兩種驚人的方式組織起來的物質(zhì)相。”

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