Kvantitativni magnetoelektrični učinek prvič dokazuje v topoloških izolatorjih

Laboratorní cvičení - Chemie: 8. Kořenová čistička - Kvantitativní a kvalitativní analýza (Junij 2019).

Anonim

Kvantizirani magnetoelektrični učinek je bil prvič dokazan pri topoloških izolatorjih pri TU Wien, ki naj bi odprli nove in zelo natančne metode merjenja.

Svetlobni val, ki se pošilja skozi prazen prostor, vedno oscilira v isti smeri. Vendar pa se nekateri materiali lahko uporabijo za vrtenje smeri, v kateri osvetljuje svetlobo, ko jo postavimo v magnetno polje. To je znano kot "magnetno-optični" učinek.

Po mnogih špekulacijah, ki segajo v daljšem časovnem obdobju, je bila na TU Wien prvič prikazana ena različica te vrste učinka. Namesto kontinuiranega preklopa smeri svetlobnega valovanja se v kvantnih korakih v jasno določenih delih uporabljajo posebni materiali, imenovani "topološki izolatorji". Obseg teh kvantnih korakov je odvisen samo od temeljnih fizikalnih parametrov, kot je konstanta finih struktur. Kmalu bo mogoče še bolj natančno izmeriti to konstanto z uporabo optičnih tehnik, kot je trenutno mogoče z drugimi metodami. Najnovejše ugotovitve so zdaj razkrite v reviji Nature Communications.

Topološki izolatorji

"Delamo na materialih, ki lahko že nekaj časa spremenijo smer oscilacije svetlobe, " razlaga prof. Andrei Pimenov iz Inštituta za fiziko trdne snovi pri TU Wien. Praviloma je učinek odvisen od debeline materiala: večja je razdalja, ki jo potuje svetloba v materialu, večji je kot vrtenja. Vendar pa to ne velja za gradiva, ki jih je ekipa Pimenov zdaj natančneje raziskala s pomočjo raziskovalne skupine iz Würzgurga. Njihov poudarek je bil na "topoloških izolatorjih", pri katerih je ključni parameter površina in ne debelina.

Izolatorji na notranji strani se lahko električna energija običajno zelo učinkovito izvaja na površini topološkega izolatorja. "Tudi pri pošiljanju sevanja skozi topološki izolator je površina tisto, kar naredi vse razlike, " pravi Pimenov. Ko se v tem materialu razprostira svetloba, smer oscilacije žarka obrne površina materiala dvakrat - enkrat, ko vstopi in spet, ko se izstopi.

Najpomembnejše je, da se ta rotacija odvija predvsem v kvantnih korakih, namesto da bi bila neprekinjena. Interval med temi točkami ni določen z geometrijo ali lastnostmi materiala in je namesto tega opredeljen samo s temeljnimi naravnimi konstantami. Na primer, jih je mogoče določiti na podlagi konstante finih struktur, ki se uporablja za opis moči elektromagnetne interakcije. To bi lahko odprlo možnost natančnejšega merjenja naravnih konstant, kot je bilo prej, in celo lahko pripelje do novih merilnih tehnik.

Povečana natančnost merjenja z uporabo posebnih materialov

Položaj je podoben za kvantni Hallov učinek, kar je še en kvantni pojav, ki ga opazimo pri nekaterih materialih, pri čemer se lahko določena spremenljivka (tukaj električna upornost) poveča le za določene količine. Kvantni Hall učinek se trenutno uporablja za natančne meritve, pri čemer temelji uradna standardna opredelitev električnega upora. Leta 1985 je bila Nobelova nagrada za fiziko podeljena za odkritje kvantnega Hallovega učinka.

Topološki materiali so že bili predmet zmage Nobelove nagrade - tokrat leta 2016. Pričakuje se, da bodo ti najnovejši rezultati omogočili tudi materiale s posebnimi topološkimi značilnostmi (v tem primeru topološkimi izolatorji), ki se bodo uporabljale za posebne tehnične aplikacije.

menu
menu