Kondo Takeshi 부교수, Kuroda Kenta 조교수, 대학원 학생 Noguchi Ryo 부교수, Sasakawa Takao 부교수, 프론티어 재료, 과학 기술 및 기술 연구소는 연구 그룹 중 하나입니다물질 측정 표준 연구 부서Shirasawa Tetsuro, Nanostructured Materials Evaluation Research Group, Arita Ryotaro, Computational Materials Science 팀의 팀장, 신흥 재료 과학 연구 센터, Ochi Masayuki, 과학 대학원, 오사카 대학교 및 기타 조교수와 협력하여의사 1 차원(참고 4) Bismuth 요오드 라이드 β-bi4i4(bi : bismuth, i : iodine)에서 세계에서 처음으로 관찰되었습니다 또한, 실온에서 결정의 냉각 속도를 제어함으로써, 시스템을 정상 절연체에서 토폴로지 절연 단계로 옮겨서 바카라 게임 전류의 ON/OFF 제어를 입증 하였다
정보 축적이 교착 상태가있는 "전자 장치"로 감독되면 "Spintronics"는 정보 폭발에 대한 구주로 간주됩니다 이상적인 조건은 무한한 빠른 속도 (초고속)로 이동하고 레이저처럼 똑바로 이동하고 (슈퍼 방향)로 이동하며, 손실하지 않고 정보를 전송하는 바카라 게임 전류입니다 이론적으로 이것을 달성 할 것으로 예상되는 것은 "약한"토폴로지 절연체 였지만 지금까지 발견되지 않았습니다
이 연구에서, 우리는 Spintronic 응용 프로그램을 위해 열심히 찾는 이상적인 바카라 게임 전류를 생성하는 세계 최초의 "약한"토폴로지 절연체를 시연하고 관찰했습니다 이를 통해 레이저 조사에 의해 정보를 가역적으로 다시 작성할 수있는 DVD의 "Spintronics"버전을 만들 수 있으며, 토폴로지 특성의 본질 인 비 용도 바카라 게임 전도를 활용하는 차세대 스피 트로닉스 기술로 새로운 개발이 이루어질 수 있습니다
이 결과는 영국 과학 저널 "자연"2019 년 2 월 11 일 (영국 시간)에 게시 될 예정입니다
연구 배경
이론은 2005 년에 "금속", "반도체"및 "절연체"에 따른 네 번째 고체 상태로서 "토폴로지 절연체"의 존재에 대해 2005 년에 제안되었으며, 실험적으로 시연 된 이래 전 세계적으로 기본 및 응용 연구가 수행되었습니다 2016 년에 노벨상은 토폴로지 이론 연구에 수여되었으며, 추가 지원은 우리에게 토폴로지 절연체에 대한 연구를 제공했으며 현재는 재료 과학에서 가장 인기있는 연구 주제 중 하나입니다
토폴로지 절연체의 표면에 나타나는 금속 상태에서 바카라 게임 전류 (순수 바카라 게임 전류)는 전류없이 (즉, 저항으로 인한 열 에너지 손실)가 발생 하며이 장치 적용이 예상됩니다 토폴로지 물리학의 새벽에서 3 차원 물질의 토폴로지 절연체가 강하고 약한 두 가지 범주로 분류 될 수 있다고 이론적으로 예측되었습니다 그러나 지금까지 발견 된 모든 토폴로지 절연체는 "강한"것으로 분류되었으므로 "약한"토폴로지 절연체가 실제로 존재 하는가? 해결해야 할 주요 주제였습니다
전통적인 "강한"토폴로지 절연체는 재료의 결정 표면에서 바카라 게임 전류가 발생합니다 그러나, 그 특성으로 인해, 바카라 게임 전류는 방사형으로 퍼지고 흐름으로 추출하기가 어렵지만, 다른 방향의 바카라 게임이 서로 흩어져 있기 때문에 바카라 게임 상태가 유지 될 수없는 것과 같은 적용의 단점이 있습니다 한편,이 연구에서 발견 된 "약한"토폴로지 절연체에서, 바카라 게임 전류는 결정의 측면에만 국한되며 한 방향으로 한 방향으로 전도되며, 바카라 게임 위아래가 반대 기준으로 유지되기 때문에 바카라 게임 상태의 수명은 본질적으로 무한대 (그림 1 참조)입니다 (그림 1) 이들은 "약한"토폴로지 절연체에 고유 한 우수한 특성이며 실제 장치에 순수한 바카라 게임 전류를 적용 할 때 결정적인 히트가 될 수 있습니다
"강한"토폴로지 절연체와 달리 바카라 게임 전류가 결정의 측면에서만 전도되는 "약한"토폴로지 절연체에서, 재료는 일반 절연체와 유사한 결정 표면의 조합으로 구성됩니다 이 특성을 확인하려면 각 결정 표면의 전자 상태를 독립적으로 측정해야했습니다 그러나이를 가능하게하는 후보 물질은 없었을뿐만 아니라 특별한 실험 기술이 필요했기 때문에, "약한"토폴로지 절연체의 시연은 예측 이후 10 년이 지난 후에도 연구원의 도전을 방해하고 있습니다 이 연구에서, 우리는 가장 적합한 후보 물질을 식별하고 최첨단 광전자 분광법 및 표면 X- 선 회절 기술을 사용하여 "약한"토폴로지 절연체를 먼저 성공적으로 관찰 하여이 해결되지 않은 문제를 종식시켰다
연구 내용 및 결과
이 연구는 의사-온 차원 결정 구조가있는 β-bi를 가지고 있습니다4i4, 싱크로트론 방사선이 사용되었습니다Nanomicromic/각도 분해 광전자 분광법(주 5) 장치를 사용하여 "약한"토폴로지 절연체의 표면 전자 상태가 직접 관찰되었습니다 나노 미생물 및 각도 분해 광전자 분광기 장치는 수백 nm의 공간 해상도를 사용하며, 이는 샘플에 방출 된 빛을 한계까지 압축하여 도달 할 수 있으며, 얇은 샘플에 의해 제한된 작은 측면에서도 전자 상태를 직접 관찰 할 수 있습니다
실험적으로, 우리는 결정의 상부 표면에있는 전자 상태가 정상 절연체의 전자 상태와 동일하지만, 토폴로지 절연체로서의 그 특성은 결정의 측면에만 나타납니다 (그림 2 참조) 이것은 "약한"토폴로지 절연체의 세계 최초의 관찰 결과이며, 이는 최첨단 나노 미세 분광 분광법에서만 가능합니다 또한, "약한"토폴로지 절연체에서, 토폴로지 표면 전자 상태는 결정의 측면에 국한되어 매우 높은 방향 바카라 게임 전류가 발생합니다 지금까지 발견 된 "강한"토폴로지 절연체를 사용하면 바카라 게임 전류가 결정 표면을 통해 방사형으로 흐르고 바카라 게임 상태의 소산이 강해서 바카라 게임 전류를 효율적으로 추출하기가 어렵습니다 그러나 "약한"토폴로지 절연체의 측면에서, 전자의 질량은 바카라 게임과 극도로 이동성을 담당 할뿐만 아니라 (즉, 매우 빠릅니다), 산란에 영향을받지 않는 대 방향 적, 거의 비 침해 바카라 게임 전류도 가지고 있습니다 (그림 1 참조) 또한, 연구 그룹은 실온에서 결정의 냉각 속도를 제어하여 "약한"토폴로지 절연체의 β-bi4i4일반적인 절연체 α-bi4i4바카라 게임 전류의 온/오프 제어를 허용합니다 지금까지 냉각 속도 제어로 인한 구조적 위상 전이, 즉 ON/OFF의 현상은 일반적으로 DVD의 가역적 쓰기 원리로 사용되었습니다 이 연구의 발견은 토폴로지 단계를 사용하여 정보를 작성하기 위해 동일한 원칙을 사용하는 디스크 미디어의 타당성을 보여 주며 이상적인 바카라 게임 전도를 사용하여 바카라 게임 주입 메모리를 제어하기위한 초석입니다
이 연구 결과는 토폴로지 물리학의 초기 시절부터 해결되지 않은 문제를 해결함으로써 자연 과학의 발전에 큰 기여를했을뿐만 아니라 미래의 성능을 통합 한 이상적인 바카라 게임 전류의 출현과 제어를 보여줍니다 장치
미래 전망
이 연구는 세계 최초의 "약한"토폴로지 절연체를 보여 주었고 전통적으로 알려진 "강력한"토폴로지 절연체를 능가하는 기능을 보여 주었다 재료 과학 분야에서 가장 진보적 인 토폴로지 물리적 특성 물리학에서, 발견에서 지연된 "약한"토폴로지 절연체의 검증은 아직 보이지 않았으며, 그 잠재력은 여전히 알려져 있지 않다 미래에는 이론적 및 실험적 관점에서 다른 토폴로지 절연체로 달성 할 수없는 새로운 속성을 발견 할 수있는 연구가 진행될 것으로 예상된다 또한, "약한"토폴로지 절연체의 캐리어 제어 및 미세 가축은 새로운 바카라 게임 전류 장치의 개발로 이어질 것으로 예상된다
이 연구는 일본 과학 기술 기관 (JST) 전략적 창조 연구 촉진 프로젝트 팀-타입 연구 (Topological Quantum Computation을위한 기본 기술 만들기”작업 번호 JPMJCR16F2의 일본 과학 기술 기관 (JST) 전략적 창조 연구 촉진 프로젝트 팀-유형 연구의 일환으로 수행되었습니다 atsushi)
잡지 이름 : "자연"2019
논문 제목 :준 차원 비스무이드 요오드화물의 약한 토폴로지 절연체 상태
저자 :r Noguchi, T Takahashi, K Kuroda, M Ochi, T Shirasawa, M Sakano, C Bareille, M Nakayama, M D Watson, K Yaji, A Harasawa, H Iwasawa, P Dudin, T K Kim, M Hoesch, v Kandyba, A Giampietri, A S Arita, T Sasagawa*및 Takeshi Kondo*(*책임있는 저자)
doi : 101038/s41586-019-0927-7