Spettrometro a diffusione anelastica di neutroni AMATERAS installato presso MLF, J-PARC. Attestazione:J-PARC(KEK/JAEA)
Un team di ricercatori della Tohoku University, J-PARC, e il Tokyo Institute of Technology ha condotto uno studio approfondito sulle quasiparticelle magnetiche chiamate "triploni". Il team ha condotto lo studio con un magnete quantistico a bassa dimensione, Ba 2 CuSi 2 oh 6 Cl 2 , utilizzando lo scattering anelastico di neutroni di AMATERAS al J-PARC. Le loro scoperte portano alla scoperta di un nuovo "stato di bordo triplon topologicamente protetto" nel suddetto composto.
La scoperta concettuale di un isolante topologico genera attenzione da un aspetto fondamentale e tecnologico. Lo studio ha mostrato che possiamo aspettarci un flusso di elettroni non dissipativo, altrimenti noto come "stato limite, " per apparire sulla superficie degli isolanti topologici a causa della differenza di caratteristiche topologiche tra l'interno e l'esterno dell'isolatore topologico.
Sono stati compiuti enormi sforzi per realizzare lo stato del bordo topologico in materiali elettronici bidimensionali e tridimensionali reali, poiché questo flusso non dissipativo ha il potenziale per essere utilizzato per la trasmissione e l'elaborazione delle informazioni ad alta efficienza energetica in futuro.
Il concetto di stato limite non si applica solo agli elettroni, ma alle quasiparticelle, che trasportano corrente di spin nei materiali, che emergono dalle fluttuazioni di spin degli elettroni come magnoni e triploni. Però, ad oggi, solo pochi esempi hanno dimostrato quasiparticelle bosoniche con caratteri topologici.
Utilizzando lo scattering anelastico di neutroni di AMATERAS al J-PARC, il team è stato in grado di determinare con precisione le relazioni di dispersione dei triploni nel magnete quantistico Ba 2 CuSi 2 oh 6 Cl 2 . Le relazioni di dispersione osservate fissano i parametri nel modello Hamiltoniano, che infatti, mostrano che il composto è una nuova realizzazione del modello Su-Schriffer-Heeger (SSH), il modello più fondamentale per accertare gli isolanti topologici. Il modello SSH è rinomato per essere equivalente a un singolo spin sotto un campo magnetico fittizio. Le relazioni di dispersione, così come il campo magnetico fittizio, sono mostrati nell'immagine del titolo.
La vista schematica della dispersione calcolata di triploni in Ba2CuSi2O6Cl2 nello spazio reticolare reciproco. Le piramidi triangolari rappresentano campi magnetici fittizi. Credito:Kazuhiro Nawa
Mentre la quasiparticella si sposta da sinistra a destra nella figura, un campo magnetico fittizio fa una singola rotazione. Contemporaneamente, le fasi di quasiparticelle ruotano a metà, che porta a una topologia non banale. Questa topologia non banale dei triploni stabilisce che gli stati limite esistono nel mezzo del gap energetico di Ba 2 CuSi 2 oh 6 Cl 2 .L'osservazione dei triploni topologici dovrebbe accelerare la rilevazione delle proprietà magnetiche e termodinamiche degli stati limite, e può portare all'ulteriore sviluppo di materiali per la trasmissione e l'elaborazione delle informazioni efficienti dal punto di vista energetico.
