Jämförelse mellan en spegelsymmetri och kvasisymmetrioperation. En spegelsymmetrioperation verkar konsekvent på hela objektet. Däremot verkar kvasisymmetrioperationen olika på olika delar av systemet. Kredit:MPSD / Dept. Microstructured Quantum Matter
Ända sedan upptäckten av kvanthalleffekten (Nobelpriset 1985) har symmetri varit den vägledande principen i sökandet efter topologiska material. Nu har ett internationellt team av forskare från Tyskland, Schweiz och USA introducerat en alternativ vägledande princip, "kvasisymmetri", som leder till upptäckten av en ny typ av topologiskt material med stor potential för tillämpningar inom spintronik och kvantteknik. Detta arbete har publicerats i Nature Physics .
Till skillnad från en riktig symmetri som verkar på hela objektet enhetligt, verkar kvasisymmetrioperationen selektivt på olika delar av systemet. Ett förenklat exempel kan vara en ofullständig spegelbild, där vissa delar av objektet speglas men andra inte. Teoretiskt motsvarar det ett system som har exakt symmetri när man endast tar hänsyn till den grundläggande approximationen medan ytterligare approximativa termer bryter sådan symmetri. I den elektroniska bandstrukturen hos ett fast ämne framtvingar detta ändliga men parametriskt små energigap vid vissa lågsymmetripunkter i momentumrymden.
I sitt nya arbete visar forskarna att kvasisymmetri i halvmetallen CoSi stabiliserar små energigap över ett stort nästan degenererat plan. Detta återspeglas i hur elektronerna böjs i cirkulär rörelse av ett magnetfält, känt som kvantoscillationer. Tillämpningen av töjning i planet bryter kristallsymmetrin som bara spänner de motsvarande degenererade punkterna men de kvasisymmetriskyddade punkterna förblir intakta, observerbara av nya magnetiska nedbrytningsbanor. Dessa resultat visar en av de viktigaste egenskaperna hos kvasisymmetri:dess robusthet mot kemiska och fysikaliska störningar.
De flesta av de topologiska material som upptäckts under de senaste åren kräver exakt konstruktion av deras kemiska sammansättning för att de ska vara relevanta för framtida tekniska tillämpningar. Däremot eliminerar kvasisymmetrier behovet av sådan finjustering eftersom de topologiska egenskaperna kan hittas vid vilken godtycklig kemisk potential som helst. Dessutom är kvasisymmetriskyddade topologiska material robusta mot all fysisk deformation som bryter den kristallina symmetrin. Dessutom är kvasisymmetriskyddade topologiska material robusta mot fysiska deformationer som bryter den kristallina symmetrin, en nyckelförutsättning för deras tekniska tillämpning via tunnfilmsprocesser.
Dessa egenskaper visar en ny klass av topologiska material med ökad motståndskraft mot störningar, vilket förenklar deras användning inom teknik. Forskarna tror att det här första exemplet representerar ett viktigt steg mot att avslöja topologiska material bortom de vanliga rymdgruppsklassificeringarna, vilket skulle kunna hjälpa samhället att inte förbise det som kan vara gömt i osynligt. + Utforska vidare
