بالإضافة إلى وأحيانا لا، فإن الإلكترونات "العرق" على طول معين سطح مادة الكريستال غير عادية. كانت الباحثين والمتعاونين جامعة برينستون دراستين جديدتين، ويوضح مصدر الدهشة من هذا السلوك، ورسم خط لاستعادة هذه البلورات الموصلة، هذه البلورات لأنه في المستقبل وتشمل تقنيات مثل أجهزة الكمبيوتر الكم الاستخدامات المحتملة والعزيزة، والنتائج التي نشرت في دورية "العلوم".

في السنوات ال 15 الماضية، بل هو فئة من المواد المعروفة باسم العوازل الطوبوغرافية، أدى البحث عن المواد المستقبل. هذه البلورات لها خصائص غير عادية: عازل الداخلي، ولكن السطح هو موصل الكمال. في الواقع، منذ عامين وجدت أن بعض المواد طوبولوجيا قبل سطحه لا يمكن إجراء الحالي، وقد كان هذا صورة من هذه الظاهرة يطلق عليها "طوبولوجيا ضعف" .

(تم إضافة بطاقات الدائرة هنا، يرجى الذهاب إلى رأي العميل عناوين اليوم)

أستاذ الفيزياء في جامعة برينستون، الباحث المشارك في الدراسة اندريه B Boneiweige (B.Andrei Bernevig) قال: طوبولوجيا الهش هو وحش غريب، ومن المتوقع الآن أن تكون موجودة في مئات من المواد، التي استخدم العلماء لتجربة لتحديد إذا ما تم كسر مبدأ الدولة طوبولوجيا العرفية.

من أجل فهم طوبولوجيا الضعيف هو كيف يمكن للتشكيل، وتحول الباحثون إلى الموارد اثنين: معادلة رياضية وطابعة 3-D. وجامعة قرية الباسك من شركة كولورادو لويس (لويس Elcoro) معا، Boneiweige وبرينستون ما بعد الدكتوراه الباحث كلمات زهي حتى (تشى دا كلمات) بناء نظرية رياضية لتفسير ما حدث داخل المادة. المقبل، جامعة سيباستيان هوبر زيوريخ والعمل الجماعي مع باحثين من جامعة برينستون، معهد وايزمان للعلوم، جامعة جنوب الصين للتكنولوجيا، وجامعة ووهان:

مع 3-D طباعة البناء من البلاستيك للطوبولوجيا المادي بالحجم الطبيعي، تم اختبار هذه النظرية. اسم طوبولوجيا من المواد يأتي من مجال الرياضيات، وهذا ما يفسر كيف الكعك الميدانية وأكواب القهوة والأشكال الأخرى ذات الصلة (لديهم حفرة).

المبدأ ذاته يمكن أن يفسر كيف تقفز الإلكترونات من ذرة واحدة إلى آخر ذرة في المواد من حوالي 20،000 نوع من طوبولوجيا سطح تحديدها حتى الآن. والأساس النظري للطوبولوجيا من المواد، ولكن أيضا لشيرمان فيرتشايلد أستاذ الفيزياء في جامعة برينستون جامعة F فاز دنكان هالدين على جائزة نوبل في الفيزياء عام 2016.

يهتم العلماء حتى في هذه البلورات، لما له من خصائص الإلكترونية الخاصة متناقضة. لا الموصلية الحالي داخل البلورة، وهو عازل. ومع ذلك، فإن قطع الكريستال في نصف، سيكون تمرير الإلكترونات على سطح مكشوف حديثا، من دون أي مقاومة، التي تحميها خصائصه الطوبوغرافية.

وضح أن سطح التماس بين الإلكترونات والإلكترون الداخلي. الالكترونيات لا يمكن التفكير في جسيم واحد، ولكن مثل رمي الجمرات في تموجات بركة من الماء على نفس الموجة من التوسع. في الناحية الميكانيكية الكمومية للعرض، أشار موقف كل من موجة التوسع الإلكترونية يسمى الكم وسيتم وصف الدالة الموجية.

في المواد طوبولوجيا، والكم الدالة الموجية للإلكترونات الداخلية أن ينتشر إلى السطح من الحدود الكريستال أو الحافة. هذه المراسلات بين الداخل وسطح تنتج على سطح الدولة موصل. تم قبول هذا التفسير من الطوبوغرافية سطح التوصيل "يتوافق مع حدود الجسم إلى" المبدأ، حتى قبل عامين فقط على نطاق واسع، وكانت هناك وكشفت العديد من الأوراق العلمية وجود طوبولوجيا ضعيفة. عادي الدولة طوبولوجيا مختلفة، دولة ضعيفة ليست كهربائيا سطح موصل الدولة طوبولوجيا.

عادة يتم تقسيم الجزء الأكبر من يتوافق مع مبدأ الحدود، ولكن في نهاية المطاف هو كيف أنها لا تزال لغزا. في ورقتي العلمية في المادة الأولى، Bernevig، كلمات وElcoro لشرح هيئة جديدة يحدها ضعيفة المراسلات طوبولوجيا يوفر شرحا نظريا.

وأشار المتعاونين، طوبولوجيا ضعف وظيفة موجة الإلكترون يمتد فقط في ظل ظروف معينة إلى السطح والباحثين استدعاء الحدود الملتوية المقابلة. وجد فريق أبعد من ذلك، كتلة المقابلة من الحدود الملتوية يمكن ضبطها بحيث ظهور مرة أخرى دولة سطح موصل. الباسك الأستاذ في جامعة كولورادو شركة الريف لويس (لويس Elcoro) قال:

واستنادا إلى شكل الدالة الموجية، قمنا بتصميم آلية، وإدخال تدخل على الحدود، بحيث سطح الحدود من كهربائيا موصل يكون بالضرورة الكمال. البحث عن مبدأ جديد وتجاوز دعونا دائما الفيزيائيين المهتمين، ولكن هذا هو كامل المراسلات حدودية جديدة قد يكون لها أيضا بعض القيمة العملية.

وتقدم الهيئة الملتوية يحدها طوبولوجيا ضعيفة المقابلة لبرنامج للسيطرة على إمكانات الدول السطح، والتي قد تكون مفيدة في التطبيقات الميكانيكية والإلكترونية والبصرية. ومع ذلك، فإن الناس يجب أن تأخذ بعين الاعتبار حدود التدخل في المقياس الذري صغير بلا حدود، لإثبات هذه النظرية مستحيلة عمليا. ونتيجة لذلك، تحول الفريق الى متعاون، وهذا نموذج بالحجم الطبيعي، لاستكشاف أفكار جديدة. في الصحف "العلمية" الثانية، ETH زيورخ سيباستيان هوبر (سيباستيان هوبر) وفرق استخدام المكونات 3-D طباعة، مصنوعة من البلاستيك مع نطاق واسع من الكريستال طوبولوجيا المحاكاة، وموجات استخدام الصوت لتمثيل الإلكترونية موجة وظيفة.

إدخال عقبة لمنع مسار الموجة الصوتية، والذي يشبه إلى قطع الكريستال لفضح سطح موصل. وبهذه الطريقة، فإن الباحثين محاكاة شروط الحدود الملتوية، وتظهر من خلال التلاعب أنه يمكن أن تظهر خالية من التكاثر موجة الصوتية على سطح موصل. هذا هو فكرة وتنفيذها، ويمكن الآن إثبات أن كل دولة تقريبا طوبولوجيا تنفيذها في النظم الاصطناعية ضعيفة طوبولوجيا، وليس كما مستقرة كما كان يعتقد سابقا، وأكدت الدراسة هذه، ولكن الأهم من ذلك، إدخال مبدأ عام الجديد.

الديباج بارك | البحوث / من: جامعة برنستون

مجلة إشارة "العلم"

دوى: 10.1126 / science.aaz7650

دوى: 10.1126 / science.aaz7654

الديباج بارك | علوم والتكنولوجيا والبحوث والعلوم

الديباج الانتباه [بارك] لرؤية أكثر واسع الفضاء الأميركية والعلوم للملاحة الفضائية