Топологические материалы, обладающие определенной симметрией на атомном уровне, включая топологические изоляторы и топологические полуметаллы, вызвали восхищение у многих ученых, изучающих конденсированные среды, из-за их сложных электронных свойств. Теперь исследователи из Японии продемонстрировали, что обычный полупроводник может быть преобразован в топологический полуметалл с помощью светового облучения. Кроме того, они показали, как могут проявляться спин-зависимые реакции при освещении лазерным светом с круговой поляризацией. Эта работа исследует возможность создания топологических полуметаллов и проявления новых физических свойств с помощью управления светом, что может открыть богатые физические границы для топологических свойств.
Большинство обычных веществ являются либо электрическими проводниками, как металлы, либо изоляторами, как пластик. Напротив, топологические изоляторы могут демонстрировать необычное поведение, при котором электрические токи протекают вдоль поверхности образца, но не внутри него. Это характерное поведение тесно связано с топологическими свойствами, присущими электронному состоянию. Кроме того, новая фаза, называемая топологическим полуметаллом, предоставляет новую площадку для изучения роли топологии в конденсированных средах. Однако физика, лежащая в основе этих систем, все еще изучается.
Исследователи из Университета Цукубы изучали динамику возбуждений в арсениде цинка (Zn3Как2) при облучении лазером с круговой поляризацией. Арсенид цинка обычно рассматривается как полупроводник с узкой щелью, что означает, что электроны не могут свободно перемещаться сами по себе, но могут легко приводиться в движение энергией от внешнего источника света. При правильных условиях материал может проявлять особое топологическое состояние, называемое "полуметаллом Флоке-Вейля", который представляет собой топологический полуметалл, связанный со светом. В этом случае электрический ток может переноситься в виде квазичастиц, называемых фермионами Вейля. Поскольку эти квазичастицы движутся так, как если бы они имели нулевую массу, и сопротивляются рассеянию, фермионы Вейля могут легко перемещаться через материал.
"Полуметаллы Флоке-Вейля обладают рядом редких свойств, которые могут быть использованы в электронных устройствах, включая высокую подвижность, титаническое магнитное сопротивление и спин-поляризованные токи", - говорит автор исследования профессор Кен-ичи Хино. В текущей работе исследователи показали, что когда левосторонний лазер с круговой поляризацией непрерывной волны настраивается на частоту, которая почти соответствует энергетической щели в материале, электроны с пониженным и повышенным вращением образуют разные фазы, полуметалл Вейля и изолятор с узким зазором. Последний находится в непосредственной близости от другого топологического полуметалла, называемого полуметаллом узловой линии
"Наше исследование переходной динамики возбуждений в арсениде цинка может углубить понимание физики, лежащей в основе этих материалов", - говорит старший автор Раннан Чжан. Это фундаментальное исследование также может помочь ускорить разработку методов светоиндуцированного поверхностного намагничивания немагнитных материалов.
Эта работа была поддержана грантом JSPS KAKENHI № JP19K03695.
Комментарии