Ферромагнитные топологические изоляторы - не то, чем кажутся

Открытие топологически защищенной электрической проводимости на поверхности некоторых материалов, который в остальном действуют как изоляторы, стало одним из наиболее сенсационных прорывов в физике сжатого вещества за прошлое десятилетие.

Для нового свойства материалов было предсказано множество необычных электронных состояний и новые потенциальные применения. Однако многие из предсказанных явлений до сих пор необходимо наблюдать. И вот теперь новое исследование свойств поверхности одного из ферромагнитных топологических изоляторов показало, что данные материалы, возможно, на самом деле не то, чем они казались.

Исследование, проведенное в Брукхэйвенской национальной лаборатории при Министерстве энергетики США и опубликованное в издании Proceedings of the National Academy of Sciences, продемонстрировало чрезвычайную неразбериху в фундаментальном свойстве поверхностных электронов, известном как масса Дирака. Подобно массе, переданной фундаментальным частицам посредством взаимодействий с недавно подтвержденной областью Хиггса. Масса Дирака — это результат взаимодействий поверхностных частиц с магнитными полями. Эти поля формируются наличием магнитных атомов, подставленных в кристаллическую решетку материала для преобразования его в ферромагнитный топологический изолятор.

«Мы обнаружили, что масса Дирака совершенно разупорядочена в наномасштабе, что оказалось полной неожиданностью», заявил профессор Симус Дэвис из Корнелльского университета. „Аналогичная ситуация в элементарных частицах могла бы быть, если бы область Хиггса была произвольной в пространстве, и масса частиц, равно как и масса человека или автомобиля, различалась бы в зависимости от места дислокации. Подобная вселенная была бы чрезвычайно хаотической!“.

По словам Дэвиса, хаос в ферромагнитных топологических изоляторах, в конечном счете, разрушает экзотическое поверхностное состояние.

«Наше открытие объясняет, почему множество электронных феноменов, наличие которых ожидается в ферромагнитных топологических изоляторах, в действительности подавляется атомами, которые генерируют это состояние. Также наши результаты позволили заглянуть в реальный атомный механизм, при котором возникают наблюдаемые свойства», добавил Дэвис. „Новое понимание с высокой вероятностью приведет к пересмотру основных направлений для исследований в этой области“.