Концептуальное открытие топологического изолятора привлекает внимание с фундаментального и технологического аспекта. Исследование показало, что мы можем ожидать появления недиссипативного электронного потока, также известного как «краевое состояние», на поверхности топологических изоляторов из-за разницы в топологических характеристиках между внутренней и внешней частью топологического изолятора.
Были предприняты огромные усилия для реализации топологического краевого состояния в реальных двумерных и трехмерных электронных материалах, поскольку этот недиссипативный поток потенциально может быть использован для энергоэффективной передачи и обработки информации в будущем.
Концепция краевого состояния применима не только к электронам, но и к квазичастицам, которые переносят спиновой ток в материалах, возникающих в результате флуктуаций спина электронов, таких как магноны и триплоны.
Однако на сегодняшний день лишь несколько примеров продемонстрировали бозонные квазичастицы с топологическими характерами.
Используя неупругое рассеяние нейтронов с помощью AMATERAS в J-PARC, команда смогла точно определить дисперсионные соотношения триплонов в квантовом магните Ba2CuSi2O6Cl2. Наблюдаемые дисперсионные соотношения фиксируют параметры в модельном гамильтониане, которые действительно показывают, что соединение является новой реализацией модели Су-Шриффера-Хигера (SSH) – наиболее фундаментальной модели для определения топологических изоляторов. Модель SSH известна тем, что эквивалентна одиночному спину в фиктивном магнитном поле.
Дисперсионные соотношения, а также фиктивное магнитное поле показаны на заглавном изображении.
Когда квазичастица движется слева направо на рисунке, фиктивное магнитное поле совершает один оборот.
Одновременно квазичастичные фазы поворачиваются наполовину, что приводит к нетривиальной топологии. Эта нетривиальная топология триплонов предполагает, что краевые состояния существуют в середине запрещенной зоны Ba2CuSi2O6Cl2.
Наблюдение за топологическими триплонами должно ускорить обнаружение магнитных и термодинамических свойств краевых состояний и может привести к дальнейшему развитию энергоэффективных материалов для передачи и обработки информации.