وبلاگ

مواد با رسانایی حرارتی افزایش یافته برای توسعه دستگاه های پیشرفته برای پشتیبانی از برنامه های کاربردی در ارتباطات، انرژی پاک و فضا حیاتی هستند. اما برای طراحی موادی با این ویژگی، دانشمندان باید بدانند فونون ها یا واحدهای کوانتومی ارتعاشات اتمی چگونه در یک ماده خاص رفتار می کنند.

“فونون ها برای یادگیری موارد جدید بسیار مهم هستند مواد زیرا آنها چندین را مدیریت می کنند خواص مواد فویانگ تای، یک دانشجوی فارغ التحصیل در فیزیک کاربردی که با آهنربای پیشرفته برنج با اپتیک پهن باند کار می کند، گفت: مانند هدایت حرارتی و خواص حامل.RAMBOیک طیف‌سنج رومیزی در آزمایشگاه جونیچیرو کونو در دانشگاه رایس. به عنوان مثال، به طور گسترده پذیرفته شده است که ابررسانایی از برهمکنش های الکترون و فونون ناشی می شود.

«اخیراً علاقه به لحظه مغناطیسی توسط حالت‌های فونون که حرکت دایره‌ای را نشان می‌دهند، که به عنوان کایرالیته نیز شناخته می‌شود، حمل می‌شود فونون ها. اما مکانیسم‌هایی که می‌توانند به یک گشتاور مغناطیسی فونونی بزرگ منجر شوند، به خوبی درک نشده‌اند.”

در حال حاضر، یک تیم بین المللی از محققان به رهبری فلیکس هرناندز از دانشگاه سائوپائولو برزیل و دستیار تحقیقات برنج آندری بایدین منتشر کرده اند. پژوهش جزئیات روابط پیچیده بین خواص مغناطیسی از این درویش‌های چرخان کوانتومی و توپولوژی زیربنایی ساختار نوار الکترونیکی ماده، که محدوده سطوح انرژی الکترون‌ها را در آن تعیین می‌کند.

این کشف به دانش روزافزون در مورد فونون ها می افزاید و نه تنها راه را برای دستکاری کارآمدتر فونون ها توسط میدان های مغناطیسی، بلکه برای توسعه مواد پیشرفته باز می کند.

که در مطالعه قبلیبایدین و همکاران الف میدان مغناطیسی به سرب تلورید، یک ماده نیمه هادی ساده. وقتی این کار را انجام دادند، دیدند که فونون ها به صورت خطی ارتعاش ندارند و به صورت کایرال در می آیند و در یک حرکت دایره ای حرکت می کنند.

بایدین گفت: “آواهای کایرال به روشی متفاوت از فونون هایی که به صورت خطی حرکت می کنند با یکدیگر تعامل دارند.” “اگر ما خواص این فعل و انفعالات را درک می کردیم، می توانستیم از آنها بهره برداری کنیم. خواص مختلف می تواند کاربردهای بالقوه متفاوتی را در مواد محقق کند.”

پس از توجه به اینکه گشتاور مغناطیسی فونون‌های کایرال در ماده‌ای که ابتدا روی آن تمرکز کردند، بسیار کم بود، این گروه به این فکر افتادند که آیا تغییر توپولوژی ماده – یا ساختار نوار الکترونی – بر خواص مغناطیسی تأثیر می‌گذارد. برای پاسخ به این سوال، محققان ماده جدیدی به نام عایق توپولوژیکی کریستالی را آزمایش کردند.

بایدین گفت: «ما تلورید سرب گرفتیم و قلع به آن اضافه کردیم. “اگر به اندازه کافی اضافه کنید، چیزی به نام وارونگی باند اتفاق می افتد و حالت های سطحی محافظت شده از نظر توپولوژیکی ایجاد می کند. این مواد جذاب هستند زیرا در حجم زیادی عایق هستند اما حالت های سطح الکترونیکی رسانا دارند – یک ویژگی بسیار امیدوارکننده که می تواند در دستگاه های الکترونیکی جدید استفاده شود.”

آزمایش‌های اضافی نشان می‌دهد که گشتاور مغناطیسی فونون‌های کایرال در مواد توپولوژیکی دو مرتبه بزرگ‌تر از مواد بدون چنین توپولوژی الکترونیکی است.

بایدین گفت: «یافته‌های ما بینش‌های جدید و جذابی را در مورد خواص مغناطیسی فونون‌ها در این ماده نشان می‌دهد و رابطه پیچیده بین خواص مغناطیسی فونون‌های کایرال و توپولوژی زیربنایی ساختار نوار الکترونیکی این ماده را برجسته می‌کند. او افزود که این گروه قصد دارد آزمایش‌های بیشتری را برای درک بهتر سایر جنبه‌های رفتار فونون در آینده انجام دهد.

تای اضافه کرد که این نتایج، که نشان می‌دهد گشتاور مغناطیسی فونون در مواد توپولوژیکی به شدت افزایش می‌یابد، می‌تواند به دانشمندان مواد کمک کند تا موادی با گشتاورهای مغناطیسی فونونی بزرگ‌تر را که برای کاربردهای دستگاه‌های مختلف مورد نیاز است، جستجو و طراحی کنند.

“این مشاهده بینش جدیدی در مورد نحوه کنترل و دستکاری ارائه می دهد فونون خواص برای تغییر رسانایی گرماییتی گفت: “علاوه بر این، تعامل بین فونون های کایرال و توپولوژی ساختار الکترونیکی این احتمال را افزایش می دهد که فاز توپولوژیکی می تواند با کنترل فونون ها تحت تاثیر قرار گیرد.”