Een fundamenteel probleem van de kwantumelektrodynamica is het lot van de superzware atoomkern, die wordt voorgesteld om in te storten wanneer het atoomnummer een bepaalde waarde overschrijdt. Echter, dit intrigerende superkritische ineenstortingsverschijnsel blijft ongrijpbaar in experimenten. Discrete schaalinvariantie (DSI) is een schaalafwijking waarbij de continue schaalsymmetrie wordt geschonden. De intrigerende log-periodiciteit is de karakteristieke signatuur van DSI, die in breuk bestaat, groeiprocessen, turbulentie, financiën, enzovoort. De DSI-functie is van groot belang in de kwantumfysica, terwijl het zelden experimenteel kan worden gerealiseerd in kwantumsystemen. Het eerder bekende voorbeeld met DSI in de kwantumfysica richt zich alleen op de Efimov-trimeertoestand.

Een nieuw type quantum magneto-weerstandsoscillaties is waargenomen in topologisch materiaal ZrTe ₅ (Wetenschapsvooruitgang 4, eaau5096 (2018)), vormen het derde bekende onderscheidende type periodiciteit in de bijna 90 jaar zoeken naar kwantumoscillaties in vaste stoffen. Bovendien, de ontdekking van de exotische logB periodieke oscillaties kan virtueel de discrete schaalinvariantie vertegenwoordigen die geassocieerd is met de quasi-gebonden toestanden gevormd door superkritische atomaire ineenstorting in Dirac-materialen. Zo'n eigenaardig kenmerk wordt verondersteld universeel te zijn in Dirac-materialen met Coulomb-aantrekkingskracht. Dus, het is wenselijk om het onderzoek uit te breiden naar andere topologische systemen, en nog belangrijker voor andere fysieke waarneembare zaken. In een nieuw werk gepubliceerd in de Nationale wetenschappelijke recensie , In Peking gevestigde onderzoekssamenwerking onder leiding van prof. Jian Wang, Prof. Haiwen Liu en Prof. Jiyan Dai hebben de universaliteit van de log-periodieke kwantummagneto-oscillaties en het DSI-fenomeen in Dirac-materialen onthuld door middel van magneto-transportresultaten van HfTe ₅ Kristallen.

Wetenschappers hebben de magneto- en Hall-weerstand van de HfTe . gemeten ₅ kristallen bij gepulseerde magnetische velden tot 58 T en statische magnetische velden tot 25 T. Duidelijke logB-periodieke kwantumoscillaties die signaleren van DSI worden waargenomen in de longitudinale magneto-weerstand (MR) (subfiguur (a)), onafhankelijk van de kleine verschillen in de monsterkwaliteit. De temperatuurafhankelijkheid van de logB-periodieke oscillaties in HfTe5 is weergegeven in subfiguur (b). Men kan zien dat de log-periodieke kenmerken onzichtbaar worden wanneer de temperatuur wordt verhoogd tot boven 80 K. Verder, Voor de eerste keer, het DSI-signaal met opmerkelijke logB-periodiciteit wordt ontdekt in de Hall-sporen van de HfTe5-kristallen. De bevinding wijst op een algemeen effect van de DSI-functie op de transporteigenschappen van het systeem. De tweede afgeleide resultaten van de Hall-gegevens zijn weergegeven in de subfiguur (c). In aanvulling, de MR- en Hall-resultaten van hetzelfde monster zijn weergegeven in subfiguur (d). Het blijkt dat in de oscillaties de fase van Hall-gegevens iets voor MR ligt, doet denken aan dat in het tweedimensionale quantum Hall-effect.

De log-periodieke oscillaties in Dirac-materialen werden toegeschreven aan het superkritische atomaire ineenstortingsverschijnsel en de daarmee gepaard gaande quasi-gebonden toestanden met discrete schaalinvariantie in Dirac-materialen. Het quasi-deeltje in Dirac-materialen gehoorzaamt aan de relativistische vergelijking, en de Fermi-snelheid is veel kleiner dan de lichtsnelheid in vacuüm. Dus, de waarde van de fijnstructuurconstante in Dirac-materialen is veel groter dan die in vacuüm, die een veelbelovend platform biedt om het fenomeen van superkritische atomaire ineenstorting te onderzoeken. Vanwege de grote waarde van de fijnstructuurconstante in deze vastestofsystemen, de Coulomb-aantrekking geeft aanleiding tot de superkritische atomaire ineenstorting in analogie met het fenomeen dat wordt voorgesteld in superzware atomen. Bovendien, de massaloze Dirac-vergelijking met Coulomb-aantrekking behoudt de discrete schaalinvariantie, in tegenstelling tot het breken van de discrete schaalsymmetrie in de massieve Dirac-vergelijking van superzware atomen.

In topologisch materiaal HfTe5, de log-periodieke kwantumoscillaties in zowel de longitudinale MR als de Hall-weerstand zijn nauw verwant aan de quasi-gebonden toestanden van Weyl-deeltjes uit de gatenband met Coulomb-aantrekking op lange afstand wanneer de dragerdichtheid zo verdund is, en de Coulomb-aantrekkingskracht op lange afstand wordt gegenereerd door de onzuiverheid van de lading of het tegenovergestelde type dragers. Afgezien van de quasi-gebonden staten in de buurt van het Coulomb-centrum, er zijn ook een groot aantal mobiele providers op het Fermi-oppervlak. Dus, de resonante verstrooiing tussen de mobiele dragers en de quasi-gebonden toestanden rond het Fermi-niveau bepalen de transporteigenschappen van het materiaal, bijv. de longitudinale MR en de Hall sporen. Verdere theoretische analyse geeft aan dat de π / 2-faseverschuiving afkomstig is van de resonante verstrooiing tussen de mobiele dragers en de quasi-gebonden toestanden, met dezelfde oorsprong van de log-periodieke oscillaties. Bovendien, wetenschappers hebben de invloed van een kleine band gap op de DSI-functie geanalyseerd en de relevantie ervan voor verschillende topologische materialen verduidelijkt.

Dirac-materialen die log-periodiciteit vertonen, bieden veelbelovende platforms om het zelden waargenomen superkritische atomaire ineenstortingsverschijnsel en de discrete schaalinvariantie te onderzoeken. Dit werk biedt nieuwe inzichten voor een beter begrip van de universaliteit en de fysieke aard van de log-periodieke kwantumoscillaties in Dirac-materialen.