Sinds de ontdekking van het kwantum Hall-effect (Nobelprijs 1985) is symmetrie het leidende principe geweest bij het zoeken naar topologische materialen. Nu heeft een internationaal team van onderzoekers uit Duitsland, Zwitserland en de VS een alternatief leidend principe geïntroduceerd, 'quasi-symmetrie', dat leidt tot de ontdekking van een nieuw type topologisch materiaal met een groot potentieel voor toepassingen in spintronica en kwantumtechnologieën. Dit werk is gepubliceerd in Nature Physics .

In tegenstelling tot een juiste symmetrie die uniform op het hele object inwerkt, werkt de quasi-symmetrieoperatie selectief op verschillende delen van het systeem. Een vereenvoudigd voorbeeld kan een onvolledig spiegelbeeld zijn, waarin sommige delen van het object gespiegeld zijn, maar andere niet. Theoretisch komt het overeen met een systeem dat exacte symmetrie heeft wanneer alleen de basisbenadering in aanmerking wordt genomen, terwijl aanvullende benaderende termen een dergelijke symmetrie verbreken. In de elektronische bandstructuur van een vaste stof dwingt dit eindige maar parametrisch kleine energiehiaten af ​​op enkele laagsymmetrische punten in de impulsruimte.

In hun nieuwe werk tonen de onderzoekers aan dat quasi-symmetrie in het semi-metaal CoSi kleine energiehiaten stabiliseert over een groot bijna gedegenereerd vlak. Dit wordt weerspiegeld in de manier waarop de elektronen in cirkelvormige beweging worden gebogen door een magnetisch veld, dat bekend staat als kwantumoscillaties. De toepassing van spanning in het vlak breekt de kristalsymmetrie die alleen de corresponderende gedegenereerde punten overbrugt, maar de quasi-symmetrie-beschermde punten blijven intact, waarneembaar door nieuwe magnetische doorslagbanen. Deze resultaten demonstreren een van de belangrijkste kenmerken van quasi-symmetrie:de robuustheid tegen chemische en fysische verstoringen.

De meeste topologische materialen die de afgelopen jaren zijn ontdekt, vereisen een nauwkeurige engineering van hun chemische samenstelling om relevant te zijn voor toekomstige technologische toepassingen. Daarentegen elimineren quasi-symmetrieën de noodzaak van een dergelijke fijnafstemming, aangezien de topologische kenmerken bij elk willekeurig chemisch potentieel kunnen worden gevonden. Bovendien zijn quasi-symmetrie-beschermde topologische materialen robuust tegen elke fysieke vervorming die de kristallijne symmetrie doorbreekt. Bovendien zijn quasi-symmetrie-beschermde topologische materialen robuust tegen fysieke vervormingen die de kristallijne symmetrie doorbreken, een belangrijke voorwaarde voor hun technologische toepassing via dunne-filmprocessen.

Deze kenmerken demonstreren een nieuwe klasse van topologische materialen met een verhoogde weerstand tegen verstoringen, wat hun gebruik in technologie vereenvoudigt. De onderzoekers zijn van mening dat dit eerste voorbeeld een belangrijke stap vertegenwoordigt in de richting van het blootleggen van topologische materialen die verder gaan dan de gebruikelijke classificaties van ruimtegroepen, wat de gemeenschap zou kunnen helpen niet over het hoofd te zien wat in het volle zicht verborgen is. + Verder verkennen

Waarneming van niet-triviale supergeleiding op oppervlak van type II Weyl-halfmetaal