İlerleme | Yeni kiral fermiyonlarla ilgili araştırmalarda ilerleme
Yoğun madde fiziğinde, enerji bandının yozlaşma noktasını çevreleyen Fermi yüzeyinin sıfırdan farklı bir Chern sayısı varsa, yozlaşma noktasının kiralitesi vardır ve Fermi yüzeyindeki düşük enerjili yarı parçacıkların uyarılması kiral bir maliyet olarak kabul edilebilir. Yonago. Bu yılın başlarında, Fizik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi / Pekin Yoğun Madde Fiziği ülke Araştırma merkezi, Çin Renmin Üniversitesi Fizik Bölümü ile işbirliği yapmaktadır. Açı çözümlemeli fotoelektron spektroskopisinin kullanılması, CoSi'de yeni kiral spin-1 ve yük-2 fermiyonlarının varlığını doğruladı, bir kiral kristal ve (001) yüzeyinde tüm Brillouin bölgesi boyunca spiral bir yapı gözlendi. Topolojik yüzey durumu Nature567, 496 (2019). Benzer yeni kiral fermiyonlar da RhSi, PtAl ve diğer sistemlerde deneysel olarak doğrulanmıştır.
Yakın zamanda, Fizik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi / Pekin Yoğun Madde Fiziği ülke Araştırma merkezi EX7 araştırmacısı Ding Hong, Sun Yujie yardımcı araştırmacısı, T03 grubu araştırmacısı Weng Hongming, Nanjing Üniversitesi Profesörü Li Shaochun'un araştırma grubu ve Renmin Üniversitesi Fizik Bölümü Profesörü Lei Hechang'ın araştırma grubu çok partili işbirliği, ilk olarak ultra yüksek vakumda argon iyon aşındırma ve Yüksek sıcaklıkta tavlama yöntemi (CPB kabul edilmiştir) atomik olarak düz tek bir kristal yüzey elde eder (bkz.Şekil 1); daha sonra CoSi tek kristallerinin birden çok yüzeyini analiz etmek için taramalı tünelleme mikroskobu / taramalı tünelleme mikrospektroskopisi (STM / STS) teknolojisini kullanır Yüzey yarı parçacık girişiminin ölçümü gerçekleştirildi. Araştırmada, CoSi'nin yüzey durumlarının yalnızca (001) ve (011) yüzeylerinde var olduğu, ancak teori tarafından öngörülen kiral fermiyonların projeksiyon ilkesine tam uyumlu olan (111) 'in yüzeyinde hiçbir yüzey durumu olmadığı bulunmuştur. -200 mV'den +400 mV'ye kadar geniş bir enerji aralığında, yüzey durumu bilgileri gözlemlenebilir. Ek olarak, CoSi yüzey durumu kuasipartikül girişimi ayrıca p fazının dönme simetrisini de tatmin eder. Daha da önemlisi, enerji değiştikçe, yüzey durumu, momentum uzayında aynı zamanda sarmallık gösteren benzersiz bir yönlü dönüş özelliği sunar. Bunlar, kiral fermiyona karşılık gelen fermi yayı yüzey durumunun tipik özellikleridir. Yazar, yüksek enerji çözünürlüklü ve yüksek uzaysal çözünürlüklü STM ölçümleri sayesinde ilk kez Fermi yayı yüzey durumunun spin-yörünge kuplajı bölünmesini gözlemledi, maksimum nokta Fermi seviyesinin üzerinde olan yaklaşık 80 mV'dir (bkz.Şekil 2). Bu deneysel sonuçlar, teorik DFT hesaplamalarıyla güçlü bir şekilde uyumludur. Geleneksel olmayan kiral Fermi kuasipartiküllerinin ve CoSi'de karşılık gelen Fermi ark yüzey durumlarının varlığı kanıtlanmıştır. Bu çalışma, taramalı tünelleme mikroskobunun kuasipartikül girişim teknolojisini kullanarak CoSi Fermi arklarının yüzey durumunu sistematik olarak karakterize eden ve ilk kez kuasipartikül saçılmasının helisitesini gözlemleyen ilk çalışmadır. İlgili araştırma sonuçları, 20 Aralık 2019'da Science ADVANCES (Sci. Adv. 5 (12), eaaw9485 (2019)) 'da "Kiral Fermiyonik Yarıimetal CoSi'de Topolojik Fermi Ark Durumlarının Quasiparticle Interference Kanıtları" başlığıyla yayınlandı.
Teoride, bu tür kristalin atomik düzenlemesinin kiralitesi zıttır, bu da spiral topolojik yüzey durumunun ters kirallığına yol açacaktır. Son zamanlarda, Çin Renmin Üniversitesi Fizik Bölümünden Profesör Xia Long, CoSi, RhSi, vb. İle aynı uzay grubuna sahip P213 bir RhSn tek kristal örneği oluşturdu, ancak tek kristal XRD ölçümü, RhSn'nin tohumların eklenmesi gibi ilk etki koşulları altında büyüdüğünü gösteriyor. Ve CoSi tek kristali doğal olarak zıt yapısal kiraliteye sahiptir (Şekil 3a, 3b). Çin Bilimler Akademisi'nin EX7 grubundan Ding Hong, Qian Tian ve Sun Yujie'den ve T03 grubundan Weng Hongming ve Wang Zhijun'dan oluşan bir araştırma ekibi, açı çözümlemeli ışık emisyon spektroskopisini kullanarak RhSn'nin toplu elektronik yapısının tutarlı olduğunu gösterdi. Ölçüm ve hesaplama yoluyla, RhSn'de kiral fermiyonların varlığını doğrulayan belirgin Fermi ark yüzeyi ve spiral yüzey bantları gözlemlendi. RhSn ve CoSi'nin sarmal yüzey bantlarının zıt kiraliteye sahip olduğuna dikkat etmek önemlidir, bu da karşıt kiraliteye sahip kristallerde kiral fermiyonların zıt olduğu anlamına gelir (Şekil 4). Bu keşif, momentum uzayındaki kiral fermiyonlar ile gerçek uzaydaki kiral kafesler arasındaki doğrudan bağlantıyı doğrular. Araştırma sonuçları 3 Aralık'ta "Nature Communications" da "Kiral kristallerde Kiral fermiyonun tersine çevrilmesi" başlığı altında çevrimiçi olarak yayınlandı ve Editörlerin öne çıkan özellikleri olarak editörler tarafından önerildi.
Yukarıdaki çalışma Bilim ve Teknoloji Bakanlığı, Ulusal Finansman Komitesi, Çin Bilimler Akademisi, Merkez Üniversite Temel Araştırma Fonu ve Katı Mikroyapı Fiziği tarafından desteklenmiştir. ülke Önemli laboratuvarlar, Yapay Mikroyapı Bilim ve Teknoloji İşbirliğine Dayalı İnovasyon Merkezi, Nanjing Üniversitesi Çift Birinci Sınıf İnşaat, Bilim Mücadelesi Programı, Wang Kuancheng Eğitim Vakfı, Çin Pekin Belediye Doğa Bilimleri Vakfı, Pekin Belediye Bilim ve Teknoloji Komisyonu ve diğer birimler tarafından desteklenmektedir.
İlgili çalışma bağlantıları:
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/ab6586
https: // www. doğa .com / makaleler / s41467-019-13435-4
https://advances.sciencemag.org/content/5/12/eaaw9485
Şekil 1. Farklı sonlandırma yüzeylerine sahip CoSi tek kristallerinin Quasiparticle girişim desenleri. (A, D, G) CoSi tek kristalinin (001), (011) ve (111) düzlemlerinin atomik çözümlenmiş STM görüntüleri; (B, E, H) deneylerden elde edilen yarı parçacık girişim desenleri; (C, F, I) DFT ile hesaplanan yarı parçacık girişim örüntüsü.
Şekil 2. Kiral bir Fermi yayının yüzey durumunun enerji dağılım ilişkisi. (A) 001 düzleminde deneyle elde edilen yarı parçacık girişim örüntüsü (E = -10 meV); (B) A'daki siyah halka çizgisi boyunca yüzey durumu tarafından kesilen enerji E ile saçılma dalga vektörü q arasındaki dağılım ilişkisi; (C) ve (B) İlgili hesaplama simülasyon sonuçları; (DG) E ve q arasındaki dağılım ilişkisi, A'da 1 ila 4 teğet doğrusu boyunca kesim
Şekil 3. Tek kristal XRD ölçümü ve teorik hesaplamalar, CoSi ve RhSn arasında zıt kiral kafesler ve fermiyonlar olduğunu göstermektedir.
Şekil 4. ARPES ölçümü, CoSi ve RhSn'nin spiral yüzey durum bantlarının zıt kiraliteye sahip olduğunu göstermektedir.
Editör: Kun
1. 2. 3. 4. 5.
7. 8. 9. 10.
