新材料显示出奇怪的电子特性

时间:2020-03-21 20:18 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

新材料显示出奇怪的电子特性

宾夕法尼亚州立大学、麻省理工学院、东北大学、日本和印度尼西亚科学研究所的研究人员开发了一种观察新一类拓扑材料的方法,称为Weyl半金属。这种材料不同寻常的电子性质可能在未来的电子学和量子物理学中有用。

“Weyl半金属很有趣,因为它们的电子传递表现出一些不寻常的行为,”宾夕法尼亚州立大学电子工程助理教授黄胜喜说。“例如,它们可以显示负磁阻,这意味着当你施加一个磁场,电阻下降。对于许多传统材料,它会增加。”

在魏尔半金属中,电子带的结构与正常的不同。电子具有手性,即“旋向性”。手性与电子的自旋和移动方向有关。左手性的电子与自旋方向相反,而右手性的电子与自旋方向相同。

“通常情况下,材料会有某种保护,例如,电中性区conservation-meaning如果你有一定数量的负电荷有相同数量的正电荷,”据Kunyan张黄的研究生和主要作者在《物理评论》杂志上的一篇论文。“同样,通常情况下,用右手的电子数和用左手的电子数是一样的。但在这种材料中却不是这样,这似乎促进了新的电子输运特性。”

该团队决定利用光来研究电子的特殊行为,因为它使用简单,比制造复杂的设备更容易。光与电子和晶格相互作用,导致原子振动,产生声子。声子和电子相互作用,而拉曼信号——激光和散射光的区别——可以显示电子的不寻常行为。

研究人员工作的主要结果是证明材料的对称性被打破了。原则上,这种晶体材料应该具有四倍的对称性,这意味着当晶体旋转90度时,其特性完全相同。然而,在本研究中,如果将魏尔半金属旋转90度,就会出现偏离对称性。

此外,这种材料应该在拉曼光谱中显示三个峰,但是在一个633纳米的红光激发中,一个峰消失了。研究人员认为,这很奇怪。其原因在于半金属魏尔的能带结构。当电子与光相互作用时,它们吸收足够的能量跃迁到更高的状态。在魏尔半金属中,有许多高度态彼此非常接近。跳跃到两个相邻带的电子之间的相互作用会破坏对称性。

在这种材料中,在一定条件下,电子可以流动而不受任何反向散射,这为未来的电子技术提供了一个良好的平台。这与量子计算也有联系,因为一种不散射的材料有可能用于量子量子位。

“我们为社区提供了一种简单的方法来理解这种材料的电子行为,”黄总结道。“这种方法可以推广。”

接下来,研究小组将尝试研究声子/电子在10开尔文温度下的相互作用,在这种温度下,声子/电子的行为会有很大的不同。

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