Инженеры обещали революцию, а физики продолжали копать поглубже. Им было любопытно осознать, существует ли в природе естественный трёхмерный аналог графена. Сейчас сотрудники Государственной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) докладывают, что висмутат натрия может существовать как форма «квантовой материи» - трёхмерный топологический дираковский полуметалл (сокращённо, 3DTDS). Исследователям удалось в первый раз экспериментально подтвердить, что в толще данного материала находятся трёхмерные дираковские фермионы, природа которых только не так давно была описана теоретиками.
«3DTDS является естественным трёхмерным аналогом графена с подобными качествами. При всем этом он с той же скоростью либо даже скорее пропускает электроны. А так как дираковские фермионы в его толще являются объёмными, материал владеет непредельной линейной магниторезистивностью, которая быть может на несколько порядков выше, чем у нынешних материалов, используемых в жёстких дисках», - говорит ведущий создатель исследования Юйлинь Чэнь (Yulin Chen) из Оксфорда.
Новейший материал является наиблежайшим «родственником» графена и топологических изоляторов. Крайний представляет собой вещество, проводящее ток только на поверхности, но являющееся диэлектриком снутри. И графен, и топологический изолятор содержат двухмерные дираковские фермионы, но 3DTDS является первым подтверждением существования трёхмерных частиц с теми же качествами.
«Быстрое развитие технологий на базе графена и топологических изоляторов породило вопросцы о том, есть ли у графена трёхмерные аналоги и есть ли ещё какие-либо материалы с необычной топологией электронной структуры. Своим открытием мы ответили на оба эти вопроса», - ведает Чэнь в пресс-релизе Государственной лаборатории в Беркли.
Как докладывают физики, в висмутате натрия объёмная проводимость и валентные зоны соприкасаются лишь в дискретных точках и образуют трёхмерные дираковские фермионы.
«Топология электронной структуры 3DTSD так же неповторима, как и в топологических изоляторах», - добавляет Чэнь.
Открытие было изготовлено на экспериментальной установке Advanced Light Source, принадлежащей Государственной лаборатории в Беркли. Учёные употребляли пучок синхротронного излучения, оптимизированный под исследование электронного строения. Им в первый раз удалось создать методику правильного синтеза и переноса висмутата натрия. Отметим, что в необыкновенных свойствах это соединение заподозрили сотрудники Китайской академии за пару лет до открытия.
Электронную структуру материала физики определили, использовав методику фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением: рентгеновские лучи падают на поверхность материала и вызывают фотоэмиссию электронов под таковыми углами и с таковыми кинетическими энергиями, что их можно измерить и получить детализированный электронный диапазон.
Стоит отметить, что до обещанной «революции» ещё далековато. Физики хоть и нашли неповторимые характеристики висмутата натрия, но признали, что он очень нестабилен. Его нужно изолировать от остальных материалов и хим соединений, что, естественно, нереально, ежели речь идёт о производстве электронных устройств для обыденных юзеров. Потому нужно находить наиболее постоянные аналоги.
Создатели исследования отмечают в собственный статье, размещенной в журнальчике Science, что 3DTDS-система также открывает двери в мир новейших физических параметров, таковых как циклопическое магнетосопротивление. Исследование схожих эффектов в один прекрасный момент обязано привести к созданию электронных технологий грядущего.