Een team van onderzoekers van de Tohoku University, J-PARK, en Tokyo Institute of Technology voerden een diepgaande studie uit van magnetische quasideeltjes die 'triplons' worden genoemd. Het team voerde het onderzoek uit met een laagdimensionale kwantummagneet, Ba ₂ CuSi ₂ O ₆ kl ₂ , met behulp van inelastische neutronenverstrooiing door AMATERAS bij J-PARC. Hun bevindingen leiden tot de ontdekking van een nieuwe "topologisch beschermde triplon edge state" in de bovengenoemde verbinding.

De conceptuele ontdekking van een topologische isolator genereert aandacht vanuit een fundamenteel en technologisch aspect. De studie toonde aan dat we een niet-dissipatieve elektronenstroom kunnen verwachten, ook wel bekend als een "edge-state, " verschijnen op het oppervlak van topologische isolatoren vanwege het verschil in topologische kenmerken tussen de binnen- en buitenkant van de topologische isolator.

Er zijn enorme inspanningen geleverd om de topologische randtoestand te realiseren in echte tweedimensionale en driedimensionale elektronische materialen, aangezien deze niet-dissipatieve stroom in de toekomst het potentieel heeft voor energie-efficiënte informatieoverdracht en -verwerking.

Het concept van de randtoestand is niet alleen van toepassing op elektronen, maar quasideeltjes, die spinstroom in materialen voeren, voortkomend uit elektronspinfluctuaties zoals magnons en triplons. Echter, daten, slechts enkele voorbeelden hebben bosonische quasideeltjes aangetoond met topologische karakters.

Met behulp van inelastische verstrooiing van neutronen door AMATERAS bij J-PARC, het team was in staat om de dispersierelaties van triplons in de kwantummagneet Ba . nauwkeurig te bepalen ₂ CuSi ₂ O ₆ kl ₂ . De waargenomen dispersierelaties fixeren parameters in het model Hamiltoniaan, die inderdaad, laten zien dat de verbinding een nieuwe realisatie is van het Su-Schriffer-Heeger (SSH) -model - het meest fundamentele model om topologische isolatoren vast te stellen. Het SSH-model staat erom bekend dat het equivalent is aan een enkele spin onder een fictief magnetisch veld. De spreidingsrelaties, evenals het fictieve magnetische veld, worden weergegeven in de titelafbeelding.

Terwijl het quasideeltje in de figuur van links naar rechts beweegt, een fictief magnetisch veld maakt een enkele omwenteling. Tegelijkertijd, quasideeltjesfasen draaien halverwege, leidt tot een niet-triviale topologie. Deze niet-triviale topologie van triplons bepaalt dat er randtoestanden bestaan ​​in het midden van de energiekloof van Ba ₂ CuSi ₂ O ₆ kl ₂ De observatie van topologische triplons zou de detectie van magnetische en thermodynamische eigenschappen van randtoestanden moeten versnellen, en kan leiden tot de verdere ontwikkeling van energie-efficiënte informatietransmissie- en verwerkingsmaterialen.