توضیح تصویر: این تصویر یک الگوی تکراری دو بعدی از یک ویژگی مربوط به هدایت الکتریکی، که به عنوان سطح قوس فرمی سطح شناخته شده است، را در نمونه های کریستال ردیوم - سیلیکون نشان می دهد.
اعتبار: آزمایشگاه حسن / دانشگاه پرینستون
تحقیق به وسیله اشعه ایکس نشان می‌دهد که نمونه‌ها حالت جدیدی از ماده هستند
گزارش کامل
تحقق مواد به اصطلاح توپولوژیکی - که خواصی عجیب و غریب و مقاوم در برابر نقص را به نمایش می گذارند و انتظار می رود که کاربردهایی در الکترونیک، اپتیک، محاسبات کوانتومی، و دیگر زمینه ها داشته باشند - قلمرو جدیدی را در کشف مواد گشوده است.
چندین ماده توپولوژیکی که تا امروز با حرارت مورد مطالعه قرار گرفته اند به عنوان عایق های توپولوژیکی شناخته شده اند. انتظار می‌رود سطوح آنها الکتریسیته را با مقاومت بسیار کمی، که به نوعی مشابه با ابررساناها است، اما بدون نیاز به دماهای بسیار سرد، هدایت کند، در حالی که داخل آنها - به اصطلاح "تنه" ماده - جریان را هدایت نمی کند. در این کار جدید، ما اساسا ثابت می کنیم که این حالت جدیدی از ماده کوانتومی است که همچنین ویژگی های سطحی تقریبا ایده آلی را نشان می دهد که به عنوان نتیجه حاصل از ساختار کریستال ظاهر می شود
در حال حاضر، گروهی از محققان که در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی وزارت انرژی (آزمایشگاه برکلی) کار می کنند، قوی ترین رسانای توپولوژیکی موجود را به شکل نمونه های کریستالی نازک که دارای ساختار مارپیچی-پله ای هستند کشف کرده اند. مطالعه گروهی کریستالها، به نام کریستالهای کروی توپولوژیک، در مجله Nature منتشر شده است.
ساختار مارپیچی مانند DNA یا helicoid در نمونه کریستال که تمرکز آخرین مطالعه بود، نشان دهنده چیرالتی یا "ترجیح دست" است - به این عنوان که یک فرد می‌تواند چپ دست یا دست راست باشد و دست چپ یک تصویر آینه ای از دست راست است. خواص چیرال در برخی موارد می تواند دگرگون شود، مانند این که یک فرد چپ دست تبدیل به یک فرد راست دست شود.
م. زهید حسن، توپولوژیست مواد پیشگام که تئوری و آزمایش مواد را به عنوان دانشمند دانشکده در بخش علوم مواد در آزمایشگاه برکلی رهبری کرد، گفت: "در این کار جدید، ما اساسا ثابت می کنیم که این حالت جدیدی از ماده کوانتومی است که همچنین ویژگی های سطحی تقریبا ایده آلی را نشان می دهد که به عنوان نتیجه حاصل از ساختار کریستال ظاهر می شود"، حسن همچنین استاد فیزیک دانشگاه پرینستون است.
یک ویژگی که تعیین کننده رسانایی توپولوژیکی است - که مربوط به هدایت الکتریکی سطح ماده است - اندازه گیری شد که تقریبا 100 برابر بزرگتر از آنی بود که پیش از این در فلزات توپولوژیکی قبلا شناسایی شده اندازه گیری شده بود.
این ویژگی که به عنوان قوس فِرمی سطح شناخته می شود، در آزمایشات اشعه ایکس در منبع پیشرفته نور آزمایشگاهی برکلی (ALS) با استفاده از تکنیک شناخته شده‌ای به عنوان طیف سنجی عکس شناخته شد.
توپولوژی یک مفهوم ریاضی معتبر است که مربوط به حفاظت از خواص هندسی شیء است، حتی اگر یک شیء به روش های دیگر کشیده شده و یا تغییر شکل داده شود. بعضی از کاربردهای آزمایشی آن در مواد الکترونیکی سه بعدی - مانند کشف رفتارهای توپولوژیکی در ساختارهای الکترونیکی مواد - فقط بیش از یک دهه قبل، با مشارکت زودهنگام و باقی مانده از آزمایشگاه برکلی، محقق شد.
حسن افزود، "پس از بیش از 12 سال تحقیق در فیزیک و مواد توپولوژیکی، من معتقدم که این تنها نوک کوه یخ است." "بر اساس اندازه گیری های ما، این قوی ترین فلز رسانای محافظت شده با توپولوژی است که هر کس کشف کرده است دارد ما را به یک مرز جدید می برد."
از نظر توپولوژیکی، محافظت شده به معنای آن است که برخی از خواص مواد به طور قابل اعتماد ثابت هستند حتی اگر ماده کامل نباشد. این کیفیت همچنین امکان استفاده در آینده از کاربرد های عملی و قابلیت تولید این نوع مواد را افزایش می دهد.
ایلیا بلوپولسکی، محقق پرینستون که در تئوری و کار تجربی مشارکت داشته است، اشاره کرد که یکی از خصوصیات جالب کریستال های مورد مطالعه - که شامل کریستال های کبالت - سیلیکون و رودیوم - سیلیکون است - این است که وقتی شما بر آنها نور بتابانید می توانند جریان الکتریکی با یک قدرت ثابت تولید کنند.
او گفت: "نظریه های قبلی ما نشان داد که - بر اساس خواص الکترونیکی موادی که ما مشاهده کردیم - جریان در مقادیری خاص ثابت می شود." "مهم نیست که نمونه چقدر بزرگ یا کثیف است. این یک مقدار جهانی است. شگفت انگیز است. برای برنامه های کاربردی، عملکرد یکسان خواهد بود." یکی از خصوصیات جالب کریستال های مورد مطالعه - که شامل کریستال های کبالت - سیلیکون و رودیوم - سیلیکون است - این است که وقتی شما بر آنها نور بتابانید می توانند جریان الکتریکی با یک قدرت ثابت تولید کنند.
در آزمایش های قبلی در ALS، تیم حسن وجود نوعی شبه ذره های بدون جرم به نام فریمون های وِیل را آشکار کرد که در حدود 85 سال تنها به طور نظری وجود آنها اثبات شده بود.
فریمون های وِیل، که در کریستال های مصنوعی یک نیمه فلز به نام تانتالوم آرسناید دیده می شود، خواص مشابهی را در مقایسه با کریستال های مورد استفاده در آخرین مطالعه نشان می دهند، اما ویژگی های چیرال آنها را ندارند. نیمه فلزها موادی هستند که برخی از خواص فلزات و برخی از خواص غیر فلزات را دارند.
حسن گفت: "کار قبلی ما در نیمه رسانای ویل، راه تحقیق در مورد رساناهای توپولوژیک عجیب و غریب را ترسیم کرد." تیم مطالعات حسن در یک مطالعه در ماه نوامبر 2017 که بر روی نظریه‌ای پیرامون این مواد عجیب و غریب متمرکز بود، پیش بینی کرد که الکترونها در رودیوم سیلیکون و بسیاری از مواد مرتبط با آن به شیوه هایی بسیار غیر معمول رفتار می کنند.
تیم پیش بینی کرده بود که شبه ذرات در ماده - که توسط حرکت جمعی الکترون ها شرح داده می شوند - مانند الکترون های بدون جِرم ظاهر می شوند و باید مانند ذرات آهسته شده، ذرات سه بعدی نور، با مشخصات ترجیح دست معین یا ویژگی های چیرالی نامشابه با آنچه در عایق های توپولوژیک یا گرافین وجود دارد رفتار کنند.
همچنین محاسبات آنها، منتشر شده در اول اکتبر 2018 در مجله Nature Materials، نشان می دهد که الکترون ها در کریستال ها به صورت جمعی رفتار می کنند به گونه ای که گویا آنها در حرکتهایشان تک قطبی های مغناطیسی هستند. تک قطبی های مغناطیسی ذراتی فرضی هستند با یک قطب مغناطیسی تک - مانند زمین بدون قطب جنوب که بتواند مستقل از قطب شمال حرکت کند.
حسن اشاره کرد که همه این رفتار توپولوژیک غیرمعمول به سمت ماهیت چیرال نمونه های کریستال، که ساختار الکترونیک مارپیچی یا "هلیکوئیدی" را ایجاد می کنند، اشاره می کند.
بر گرفته از سایت ساینس دیلی
چندین ماده توپولوژیکی که تا امروز با حرارت مورد مطالعه قرار گرفته اند به عنوان عایق های توپولوژیکی شناخته شده اند. انتظار می‌رود سطوح آنها الکتریسیته را با مقاومت بسیار کمی، که به نوعی مشابه با ابررساناها است، اما بدون نیاز به دماهای بسیار سرد، هدایت کند، در حالی که داخل آنها - به اصطلاح "تنه" ماده - جریان را هدایت نمی کند. در این کار جدید، ما اساسا ثابت می کنیم که این حالت جدیدی از ماده کوانتومی است که همچنین ویژگی های سطحی تقریبا ایده آلی را نشان می دهد که به عنوان نتیجه حاصل از ساختار کریستال ظاهر می شود
در حال حاضر، گروهی از محققان که در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی وزارت انرژی (آزمایشگاه برکلی) کار می کنند، قوی ترین رسانای توپولوژیکی موجود را به شکل نمونه های کریستالی نازک که دارای ساختار مارپیچی-پله ای هستند کشف کرده اند. مطالعه گروهی کریستالها، به نام کریستالهای کروی توپولوژیک، در مجله Nature منتشر شده است.
ساختار مارپیچی مانند DNA یا helicoid در نمونه کریستال که تمرکز آخرین مطالعه بود، نشان دهنده چیرالتی یا "ترجیح دست" است - به این عنوان که یک فرد می‌تواند چپ دست یا دست راست باشد و دست چپ یک تصویر آینه ای از دست راست است. خواص چیرال در برخی موارد می تواند دگرگون شود، مانند این که یک فرد چپ دست تبدیل به یک فرد راست دست شود.
م. زهید حسن، توپولوژیست مواد پیشگام که تئوری و آزمایش مواد را به عنوان دانشمند دانشکده در بخش علوم مواد در آزمایشگاه برکلی رهبری کرد، گفت: "در این کار جدید، ما اساسا ثابت می کنیم که این حالت جدیدی از ماده کوانتومی است که همچنین ویژگی های سطحی تقریبا ایده آلی را نشان می دهد که به عنوان نتیجه حاصل از ساختار کریستال ظاهر می شود"، حسن همچنین استاد فیزیک دانشگاه پرینستون است.
یک ویژگی که تعیین کننده رسانایی توپولوژیکی است - که مربوط به هدایت الکتریکی سطح ماده است - اندازه گیری شد که تقریبا 100 برابر بزرگتر از آنی بود که پیش از این در فلزات توپولوژیکی قبلا شناسایی شده اندازه گیری شده بود.
این ویژگی که به عنوان قوس فِرمی سطح شناخته می شود، در آزمایشات اشعه ایکس در منبع پیشرفته نور آزمایشگاهی برکلی (ALS) با استفاده از تکنیک شناخته شده‌ای به عنوان طیف سنجی عکس شناخته شد.
توپولوژی یک مفهوم ریاضی معتبر است که مربوط به حفاظت از خواص هندسی شیء است، حتی اگر یک شیء به روش های دیگر کشیده شده و یا تغییر شکل داده شود. بعضی از کاربردهای آزمایشی آن در مواد الکترونیکی سه بعدی - مانند کشف رفتارهای توپولوژیکی در ساختارهای الکترونیکی مواد - فقط بیش از یک دهه قبل، با مشارکت زودهنگام و باقی مانده از آزمایشگاه برکلی، محقق شد.
حسن افزود، "پس از بیش از 12 سال تحقیق در فیزیک و مواد توپولوژیکی، من معتقدم که این تنها نوک کوه یخ است." "بر اساس اندازه گیری های ما، این قوی ترین فلز رسانای محافظت شده با توپولوژی است که هر کس کشف کرده است دارد ما را به یک مرز جدید می برد."
از نظر توپولوژیکی، محافظت شده به معنای آن است که برخی از خواص مواد به طور قابل اعتماد ثابت هستند حتی اگر ماده کامل نباشد. این کیفیت همچنین امکان استفاده در آینده از کاربرد های عملی و قابلیت تولید این نوع مواد را افزایش می دهد.
ایلیا بلوپولسکی، محقق پرینستون که در تئوری و کار تجربی مشارکت داشته است، اشاره کرد که یکی از خصوصیات جالب کریستال های مورد مطالعه - که شامل کریستال های کبالت - سیلیکون و رودیوم - سیلیکون است - این است که وقتی شما بر آنها نور بتابانید می توانند جریان الکتریکی با یک قدرت ثابت تولید کنند.
او گفت: "نظریه های قبلی ما نشان داد که - بر اساس خواص الکترونیکی موادی که ما مشاهده کردیم - جریان در مقادیری خاص ثابت می شود." "مهم نیست که نمونه چقدر بزرگ یا کثیف است. این یک مقدار جهانی است. شگفت انگیز است. برای برنامه های کاربردی، عملکرد یکسان خواهد بود." یکی از خصوصیات جالب کریستال های مورد مطالعه - که شامل کریستال های کبالت - سیلیکون و رودیوم - سیلیکون است - این است که وقتی شما بر آنها نور بتابانید می توانند جریان الکتریکی با یک قدرت ثابت تولید کنند.
در آزمایش های قبلی در ALS، تیم حسن وجود نوعی شبه ذره های بدون جرم به نام فریمون های وِیل را آشکار کرد که در حدود 85 سال تنها به طور نظری وجود آنها اثبات شده بود.
فریمون های وِیل، که در کریستال های مصنوعی یک نیمه فلز به نام تانتالوم آرسناید دیده می شود، خواص مشابهی را در مقایسه با کریستال های مورد استفاده در آخرین مطالعه نشان می دهند، اما ویژگی های چیرال آنها را ندارند. نیمه فلزها موادی هستند که برخی از خواص فلزات و برخی از خواص غیر فلزات را دارند.
حسن گفت: "کار قبلی ما در نیمه رسانای ویل، راه تحقیق در مورد رساناهای توپولوژیک عجیب و غریب را ترسیم کرد." تیم مطالعات حسن در یک مطالعه در ماه نوامبر 2017 که بر روی نظریه‌ای پیرامون این مواد عجیب و غریب متمرکز بود، پیش بینی کرد که الکترونها در رودیوم سیلیکون و بسیاری از مواد مرتبط با آن به شیوه هایی بسیار غیر معمول رفتار می کنند.
تیم پیش بینی کرده بود که شبه ذرات در ماده - که توسط حرکت جمعی الکترون ها شرح داده می شوند - مانند الکترون های بدون جِرم ظاهر می شوند و باید مانند ذرات آهسته شده، ذرات سه بعدی نور، با مشخصات ترجیح دست معین یا ویژگی های چیرالی نامشابه با آنچه در عایق های توپولوژیک یا گرافین وجود دارد رفتار کنند.
همچنین محاسبات آنها، منتشر شده در اول اکتبر 2018 در مجله Nature Materials، نشان می دهد که الکترون ها در کریستال ها به صورت جمعی رفتار می کنند به گونه ای که گویا آنها در حرکتهایشان تک قطبی های مغناطیسی هستند. تک قطبی های مغناطیسی ذراتی فرضی هستند با یک قطب مغناطیسی تک - مانند زمین بدون قطب جنوب که بتواند مستقل از قطب شمال حرکت کند.
حسن اشاره کرد که همه این رفتار توپولوژیک غیرمعمول به سمت ماهیت چیرال نمونه های کریستال، که ساختار الکترونیک مارپیچی یا "هلیکوئیدی" را ایجاد می کنند، اشاره می کند.
بر گرفته از سایت ساینس دیلی
مترجم: علی رضایی میر قائد
.jpg "شخصیت معنوى امام خمینی (رحمه الله)")
