Drei Arbeitsgruppen, zwei Arten von elektronischen Eigenschaften ein Material

Das Material gehört zu einer Gruppe von Materialien ein Jahrzehnt und eine Hälfte vor bekannten als topologische Isolatoren entdeckt. Diese Materialien sind leitend an ihren Oberflächen und in ihrem Innern isolierend „bulk“. Aber die beiden Eigenschaften sind untrennbar miteinander verbunden: Schneiden Sie das Material und die neue Oberfläche wird leitend, wird die Masse isolierend bleiben.

Einige vor fünf Jahren, Dr. Nurit Avraham, wurde ausgehend als wissenschaftliche Mitarbeiter in der neuen Gruppe von Dr. Haim Beidenkopf der Physik der kondensierten Materie Abteilung des Instituts. Um diese Zeit, sie und Beidenkopf trafen Prof. Binghai Yan, als er seinen ersten wissenschaftlichen Besuch das Weizmann-Institut hatte. Damals Yan arbeitet als Junior-Gruppenleiter in der Gruppe von Prof. Claudia Felser, ein Wissenschaftler Materialien, die am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden neue Arten von topologischen Materialien in ihrem Labor entwickeln. Beidenkopf und seine Gruppe mit Spezialisierung auf die Klassifizierung und Bewertung dieser Materialien auf der Skala einzelner Atome und die Wege einzelner Elektronen, während Yan Theorie wandte, vorherzusagen, wie diese Materialien verhalten soll, und arbeiten, um die mathematischen Modelle aus, die ihre ungewöhnliche Verhalten erklären.

Avraham und Beidenkopf wurden bei der Aufdeckung der Eigenschaften einer speziellen Art von topologischen Isolatoren, bei denen interessieren die chemische Struktur in Schichten organisiert ist. Wie würden die Schichten beeinflussen die Art und Weise, dass Elektronen über die Oberfläche des Materials durchgeführt wurden? Theoretisch wurde Stapelschichten von 2D topologischen Isolator erwartet, dass eine 3D-topologischen Isolator zu bilden, in denen ein Teil der Oberflächen führen und einige sind Isolierung. Yan schlug sie mit einem neuen Material Wesen von ihm vorhergesagt arbeiten und später in Felser Labor entwickelt. Bald wird die Weiz und Gruppen Max-Planck begann zusammen.

Avraham führte das Projekt, den Erhalt einer Probe des Materials von Felser Labor, Durchführung der Messungen, und die Arbeit mit Yan, um zu sehen, ob die Vorhersagen Theorien geboren werden experimentell aus. Da die Zusammenarbeit vertiefte, bekamen Beidenkopf und Avraham die Fakultät für Physik Yan an das Institut wieder zu laden, und dieser Besuch führte schließlich Yan zu entscheiden, Deutschland zu verlassen und seine Familie zu Rehovot bewegen, um eine Position in dem Institut Physik der kondensierten Materie aufzunehmen Abteilung. „Diese Entscheidung war ein Wendepunkt, der mich auf meiner jetzigen Karriereweg gesetzt würde,“ Yan sagen.

In den kommenden Jahren, Beidenkopf, Avraham, Yan und Felser würden gemeinsam an mehreren Forschungsprojekten, die Eigenschaften mehrerer verschiedener Klassen von topologischen Materialien zu erforschen. Aber dieses besondere Material zu verstehen, die eine Verbindung aus Wismut, Tellur und Jod, würde sich ein langfristiges Projekt. Um damit zu beginnen, Yan analysierte die Bandstruktur des Materials, mit anderen Worten, werden die Zustände von Elektronen „erlaubt“ zu bewohnen. Wenn die Bänder in der Masse gekreuzt erhalten, so „Band Inversion“ genannt, verhindern sie Elektronen aus dem ganzen innen bewegen, aber damit sie auf der Oberfläche zu bewegen. Diese „Projektion“ eines Staates in der Masse eines Materials auf der Oberfläche entstehen, ist das, was topologischen Materialien ihre besonderen Eigenschaften verleiht.

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Quelle: Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids. "Three research groups, two kinds of electronic properties, one material." ScienceDaily. ScienceDaily, 10 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200610135013.htm>.