Материалы, поверхность которых является проводником электронов, несмотря на то, что сами они — диэлектрики, вызывали в последнее время большой интерес у физиков. Однако изучение топологических изоляторов до сих пор строилось на сильно упрощенных моделях.

Команда исследователей Массачусетского технологического института провела более детальный анализ, благодаря которому ученые сделали предположение о существовании шести разновидностях топологических изоляторов.  О результатах их работы сообщается в статье, опубликованной на этой неделе в журнале Science. 

В работе настолько подробно описываются физические свойства новых материалов, как если бы их идентифицировали лаборатории, говорят ученые.

Научная разработка была представлена на этой неделе в журнале Массачусетского технологического института физики аспирантами Чонг Ван и Эндрю Поттер.
— В отличие от обычных изоляторов, на поверхности ТИ происходят экзотические процессы, представляющие интерес как для фундаментальной физики, так и для возможных приложений, — пишет в статье профессор физики MIT Сентил Тодадри (Senthil Todadri). Но попытки изучения свойств этих материалов, по его словам, «базируются на очень упрощенной модели, предполагающей, что электроны внутри твердого тела не взаимодействуют между собой».

Новые аналитические инструменты, которые применила команда Массачусетского технологического института, позволили установить, что существует «шесть и только шесть» новых типов топологических изоляторов с сильным межэлектронным взаимодействием. Кроме того, авторы утверждают, что этими восемью разновидностями (вместе с двумя уже открытыми) охватывается все многообразие возможных типов ТИ.

Сентил Тодадри  продолжает, что еще слишком рано говорить, какие практические задачи могли бы выполнять новые топологические изоляторы. Но анализ позволяет прогнозировать свойства этих материалов, а это позволит экспериментаторам понимать поведение происходящих в них процессов.

— Если они существуют, мы знаем, как их обнаружить, — резюмирует Сентил об этих новых фазах. —  Хотя прогнозов состава будущих ТИ и технологии их получения новая аналитическая модель пока не дает.

Следующим шагом, по его словам, станет попытка предсказать возможные структуры фаз топологических изоляторов.

Работа выполнена при поддержке Департамента энергетики США, Национального научного фонда и Фонда Саймонса .