یک
عایق توپولوژیکی با لبههای نرم، برخلاف حالت تیز، ممکن است به لحاظ کاربردی
جذابیتی نداشته باشد.
مزیت
رقابتی عایقهای توپولوژیکی در این است که الکترونها میتوانند بدون پراکندگی به
عقب حرکت کنند که برای الکترونهای پر سرعت امتیاز محسوب میشود. به لحاظ نظری،
ماده چه به شکل دایره و چه به شکل مربع بریده شود و یا حتی اگر آلوده به روغن و
کثیفی باشد، این محافظت از پسپراکنی وجود دارد. اما نظریه پردازان در اسرائیل
دریافتهاند که یک تغییر به ظاهر بیضرر- که به اعتقاد آنها لبهی ماده است- میتواند
در ایمن بودن از پس پراکنی مداخله کند.
جیانوهی
وانگ Jianhui Wang و ییگال مِیر Yigal
Meir از دانشگاه بن گوریون در منطقه نِقَب و
یووال گِفِن Yuval Gefen
از موسسه علوم وایزمن، عایقهای دوبعدیای را بررسی کردهاند که بیانگر فاز
اسپین-هال کوانتومی هستند. در این فاز توپولوژیکی، الکترونها در یک «صف» در مسیر بین
لبههای ماده حرکت میکنند. برخی الکترونها ساعتگرد میچرخند و الکترونهای دیگری
که اسپین مخالف دارند پادساعتگرد چرخیده و در جهت مخالف حرکت میکنند. الکترونهای
لبه که در یک جهت میچرخند نمیتوانند به جهت دیگر پس زده شوند. گروه تحقیقاتی با
استفاده از مدلهای پیش بینی کنندهی فاز، حالتهای لبهای را برای عایقهایی با
لبه تیز (یعنی بار مثبت یونها در کریستال ناگهان به صفر افت میکند) و عایقهایی
با لبه نرم (افت تدریجی)که واقعیتر است حساب کردند. آنها متوجه شدند که اگر افت
خیلی آهسته باشد، الکترونهایی با حالتهای اسپینی مختلف به دو صف جدا میشوند.
این اثر معادل شکست تقارن بازگشت زمانی است که مانع پسزنی میشود.
معنای
این آزمایشها چیست؟ از طرفی پسپراکنی بیشتر به معنای رسانایی ضعیفتر است. از طرف
دیگر، داشتن حالتهای لبهای با تک اسپین ممکن است به نفعمان باشد: میتوان لبههای
دو عایق توپولوژیکی را به گونهای شکل داد که نقطهی تماس بین آن دو یک اسپین خاص
را انتخاب کند. این امر برای اسپینترونیک شگرد مفیدی است.
نویسنده خبر: مریم ذوقی