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电子的自旋和动量严密地联络在一起吗?

某些资料,如铜,导电功能很好,而其他原料,如玻璃,则不能。一种称为拓扑绝缘体的特定资料,部分类似于其间一种,部分类似于另一种,行为类似于外表上的导体和内部绝缘体。因为拓扑绝缘体具有一起电子特性,以及它们在自旋电子器件中的潜在用处,乃至能够作为量子计算机的晶体管,美国能源部(DOE)Argonne国家试验室的科学家们对研讨这些资猜中导电外表电子两种特性之间的特殊联系很感兴趣。

在拓扑绝缘体中,每个外表电子的自旋和动量是如此严密地联络在一起,以至于用科学的说法,它们是彼此确认的。Argonne资料科学家Olle Heinonen说:自旋动量确认就像具有一个篮球,它有必要依据它在球场上的轨道在特定方向上旋转。因为电子也带着磁矩,所以能够运用自旋动量确认来十分有效地操作磁体系。拓扑绝缘体的电子结构,包含自旋动量确认的细节。为了探究拓扑资猜中电子的新行为,Argonne科学家与新加坡国立大学的科学家协作。

科学家们一起进行了一项传输试验,为拓扑维护的电子结构供给了一个新的视角。Heinonen和前Argonne博士后研讨员Shulei Zhang描绘了在输运试验中,施加在拓扑绝缘体薄膜平面上的磁场,如安在垂直于外加电流的方向上发生电压:一种被称为非线性平面霍尔效应的现象。经过改动磁场的方向和强度,研讨人员能够从发生的电阻信息中确认电子在它们的动量和自旋方面怎么散布。

假如知道施加在不同方向的磁场,会怎么影响所测得的非线性霍尔电流,就能够运用该理论模型来制作电子的动量和自旋怎么散布。然后,因为能够更精确地看到电磁场怎么与外表传导电子彼此作用,能够获得更具体的拓扑绝缘体外表电子结构信息。非线性平面霍尔效应和具有自旋动量确认的拓扑外表态之间的联络是一种“微观-微观联系”,其研讨发现已宣布在《物理谈论快报》期刊上。

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