Potwierdzono istnienie trójwymiarowego topologicznego półmetalu Diraca
Naukowcy odkryli materiał, który jest trójwymiarowym odpowiednikiem grafenu. Uczeni z Lawrence Berkeley National Laboratory stwierdzili, że bizmutan sodu może istnieć w kwantowym stanie materii zwanym trójwymiarowym topologicznym półmetalem Diraca (3DTDS). To pierwsze eksperymentalne potwierdzenie teoretycznie przewidzianych trójwymiarowych fermionów Diraca wewnątrz materiału. 3DTDS to naturalny trójwymiarowy towarzysz grafenu o podobnych lub nawet lepszych ruchliwości i prędkości elektronów - stwierdził fizyk Yulin Chen, pracujący obecnie na University of Oxford.
Najbardziej obiecującymi materiałami na rynku technologii są obecnie grafen oraz izolatory topologiczne. Izolatory topologiczne to jednorodne materiały, które wewnątrz są izolatorami, a na ich powierzchni elektrony są przewodzone. Zarówno w grafenie jak i izolatorach topologicznych pojawiają się dwuwymiarowe fermiony Diraca, dzięki którym materiały te charakteryzują się niezwykle interesującymi właściwościami.
Odkrycie grafenu i izolatorów topologicznych doprowadziło do pojawienia się pytania, czy istnieją ich trójwymiarowe odpowiedniki oraz inne materiały o niezwykłej topologii. Nasze badania odpowiadają pozytywnie na oba pytania. We wnętrzu bizmutanu sodu przewodnictwo i powłoki walencyjne rozpraszają się linearnie wzdłuż trzech wymiarów tworząc trójwymiarowe fermiony Diraca. Ponadto topologia struktury elektronowej 3DTDS jest równie unikalna jak izolatorów topologicznych - stwierdził Chen.
Podczas badań wykorzystano kątowo-rozdzielczą spektroskopię fotoelektronów (ARPES), podczas której promienie X uderzając w powierzchnię materiału wywołują fotoemisję elektronów. Badania zostały wykonane w urządzeniu Advanced Light Source (ALS). ALS jest idealnym urządzeniem do badania nowych materiałów. Ma tę unikatową właściwość, że porusza się analizator, a nie badana próbka. Dzięki temu łatwiej było nam pracować, gdyż powierzchnia unieruchomionej próbki ma drobne ścianki, przez które bardzo trudno byłoby prowadzić badania ARPES standardową techniką z obracającą się próbką - wyjaśnia Chen.
Naukowcy podkreślają, że bizmutan sodu jest niestabilny, zatem jego wykorzystanie w elektronice wymagałoby odpowiedniego opakowania. Jednak wykazanie, że jest to materiał 3DTDS pomoże w poszukiwaniach materiałów o podobnych właściwościach. Zdaniem Chena materiały 3DTDS mogą potencjalnie pozwolić na poznanie nowych właściwości fizycznych, takich jak gigantyczny diamagnetyzm, kwantowy magnetoopór czy oscylujący spinowy efekt Halla.
Opisane powyżej badania były finansowane przez amerykański Departament Energii oraz Chińską Narodową Fundację Nauki.
Komentarze (4)
Astroboy, 18 stycznia 2014, 08:54
"kwantowa magnetoresystancja"
Może być magnetorezystancja, ale lepiej po polsku magnetoopór.
pio, 18 stycznia 2014, 18:43
Izolatory topologiczne (TI) są izolatorami (wewnątrz) tylko z nazwy. Taki typowy TI - Bi2Se3 to półprzewodnik. Jakkolwiek na ich powierzchni tworzą się stany metaliczne.
Oryginalny artykuł można znaleźć pod adresem: http://arxiv.org/ftp...0/1310.0391.pdf
Nie czytałem tego, ale na pierwszy rzut oka niezrozumiałe jest dlaczego oni rozwodzą się nad stanami topologicznymi w objętości. Technika ARPES, którą zastosowano jest przydatna do badania struktury elektronowej. Jednak to, które stany się bada (z powierzchni czy objętości) zależy w głównej mierze od energii fotonów. Można to łatwo wykoncypować z drogi swobodnej w ciele stałym vide http://www.virginia....ce/mfp-luth.GIF W pracy napisano, że korzystali z energii 40-75 eV, czyli dokładnie w minimum zależności, co wskazywałoby raczej na badanie powierzchni.
Kilka uwag do tekstu Kopalni.
- Nie rozumiem dlaczego z uporem maniaka powtarzacie błędne "struktura elektroniczna". To jest struktura ELEKTRONOWA.
- ARPES, czyli "angle-resolved photoemission spectroscopy", to po polsku kątoworozdzielcza spektroskopia fotoelektronów.
- Potwierdzam sugestię poprednika. Bardziej tutaj pasuje magnetoopór.
- "Facets" ze strony sciencedaily to zwykłe ścianki, czy też płaszczyzny krystaliczne, a nie żadne załamania. Jest nawet rodzima fasetka. Natomiast "rotating sample", to nie jest wirowanie próbki tylko obracanie. To naprawdę wygląda o wiele prościej niż jest tutaj napisane.
Astroboy, 18 stycznia 2014, 20:01
Pio, łoj cze, trochę luzu...
- "Nie rozumiem dlaczego z uporem maniaka powtarzacie błędne "struktura elektroniczna". To jest struktura ELEKTRONOWA."
Nie mówisz do FIZYKÓW, pionie jeden!
Jeśli chcesz, wyskocz na mój adres. 
- "ARPES, czyli "angle-resolved photoemission spectroscopy", to po polsku kątoworozdzielcza spektroskopia fotoelektronów."
Pięknie i zdecydowanie TAK! Ale jak sądzisz - ilu ludzi czytających to na forum (oprócz Ciebie i mnie) rozumie, o czym jest mowa?
Przecież wiesz, że pojęcie 'fotoelektronu' ma za sobą zbyt wiele lat, i zbyt wiele nieporozumień.
Kto rozsądny jeszcze tak mówi? 
-""Facets" ze strony sciencedaily to zwykłe ścianki, czy też płaszczyzny krystaliczne, a nie żadne załamania. Jest nawet rodzima fasetka. Natomiast "rotating sample", to nie jest wirowanie próbki tylko obracanie. To naprawdę wygląda o wiele prościej niż jest tutaj napisane.?
FASETKA nie jest rodzima - to zwykła KALKA. Ale tak mawiamy.
Wybacz Kolego, ale mimo Twego dorobku, odnoszę wrażenie, żeś Waszeć tu pierwszego razu oglądacz, co mimo wiedzy (sporej zapewne - acz niezbyt ułożonej) niezbyt się się na dobro Wszelakiego czytelnictwa przekłada. Zapytam prosto - chcesz pokazać, jak masz dużego - wiedzy posiadania stopień - czy też chciałbyś posłużyć wiedzy swej dorobkiem innym, mniej w temacie równań tensorowych ogarniającym użytkownikom? Jeśli to ostatnie, masz we mnie przyjaciela, jeśli nie - każdą twą literkę wytropię.
pio, 21 maja 2014, 21:43
To, że ktoś nie jest fizykiem nie oznacza, że ma czytać i utrwalać błędy pojęciowe. To tak jakby mylić spódnicę z sukienką, co faktycznie niektórym się zdarza.
Taka jest nazwa i tyle. O motocyklach nikt szanujący polską mowę, a tym bardziej motocykle, nie napisze motor.
Nie wiem skąd bierzesz przekonanie, że fotoelektron nie funkcjonuje w nomeklaturze. Przecież to jest typowe określenie. Zapewniam, że używają go spektroskopiści.
OK. Fasetka to kalka, ale wykorzystywana w jęz. polskim jako krótkie, jednowyrazowe określenie. Tak już jest. To nie ja wymyśliłem.
Lubię tu coś poczytać. Lubię też, gdy nie w tekstach nie ma podstawowych błędów. Ot i tyle. Rad byłbym, gdyby wszyscy je poprawiali. W końcu dobrze jest dążyć do lepszego, prawda ? To, że mam pewną wiedzę niewiele ma tu do rzeczy. Równie chętnie poprawiam błędy w innych dziedzinach, na których się nie znam, a widzę gołym okiem, że coś jest źle napisane. Tak już zostałem nauczony. Mnie poprawiano (i poprawia się nadal). Ja również poprawiam. Rezultat ma być prosty. Nie uczmy się błędnych informacji, bo raczej nie tędy droga. Oprócz mnie czytają to również inni, którzy nie są świadomi tych błędów. Zatem de facto to dla ich dobra.
Naprawdę niewielu jest takich, którzy piszą i nie ma potrzeby ich sprawdzania. Robić błędy to żadna ujma. Ujmą jest tkwienie w nich. Tutaj można dodać, pomimo klarownego ich wykazania*.
_____
* Z ciekawości zajrzałem do artykułu. Poprawione
To się chwali 