Neutron-oelastisk spridningsspektrometer AMATERAS installerad på MLF, J-PARC. Kredit:J-PARC(KEK/JAEA)
Ett team av forskare från Tohoku University, J-PARC, och Tokyo Institute of Technology genomförde en djupgående studie av magnetiska kvasipartiklar som kallas "triploner". Teamet genomförde studien med en lågdimensionell kvantmagnet, Ba 2 CuSi 2 O 6 Cl 2 , med användning av neutronoelastisk spridning av AMATERAS vid J-PARC. Deras fynd leder till upptäckten av ett nytt "topologiskt skyddat triplonkanttillstånd" i den tidigare nämnda föreningen.
Den konceptuella upptäckten av en topologisk isolator genererar uppmärksamhet ur en grundläggande och teknisk aspekt. Studien visade att vi kan förvänta oss ett icke-dissipativt elektronflöde, annars känd som en "kanttillstånd, " att visas på ytan av topologiska isolatorer på grund av skillnaden i topologiska egenskaper mellan insidan och utsidan av den topologiska isolatorn.
Enorma ansträngningar har gjorts för att realisera det topologiska kanttillståndet i verkliga tvådimensionella och tredimensionella elektroniska material, eftersom detta icke-försvinnande flöde har potentialen att utnyttjas för energieffektiv informationsöverföring och bearbetning i framtiden.
Begreppet kanttillstånd gäller inte bara elektroner, men till kvasipartiklar, som leder spinnström i material, uppstår från elektronspinfluktuationer som magnoner och triploner. Dock, hittills, endast ett fåtal exempel har visat bosoniska kvasipartiklar med topologiska karaktärer.
Genom att använda neutronoelastisk spridning av AMATERAS vid J-PARC, teamet kunde exakt bestämma spridningsförhållandena för triploner i kvantmagneten Ba 2 CuSi 2 O 6 Cl 2 . De observerade spridningsrelationerna fixar parametrar i modellen Hamiltonian, vilket verkligen visa att föreningen är en ny realisering av Su-Schriffer-Heeger (SSH) modellen - den mest grundläggande modellen för att fastställa topologiska isolatorer. SSH-modellen är känd för att motsvara ett enda snurr under ett fiktivt magnetfält. Spridningsförhållandena, såväl som det fiktiva magnetfältet, visas i titelbilden.
Den schematiska bilden av den beräknade dispersionen av triploner i Ba2CuSi2O6Cl2 i det reciproka gitterutrymmet. Triangulära pyramider representerar fiktiva magnetfält. Kredit:Kazuhiro Nawa
När kvasipartikeln rör sig från vänster till höger i figuren, ett fiktivt magnetfält gör en enda rotation. Samtidigt, kvasipartikelfaser roterar halvvägs, leder till en icke-trivial topologi. Denna icke-triviala topologi av triploner stipulerar att kanttillstånd existerar i mitten av energigapet i Ba 2 CuSi 2 O 6 Cl 2 .Observationen av topologiska triploner bör påskynda detekteringen av magnetiska och termodynamiska egenskaper hos kanttillstånd, och kan leda till vidareutveckling av energieffektiva material för informationsöverföring och bearbetning.
