Совместные исследования ученых ННГУ и ИПФ РАН

Новыми материалами, называемыми топологическими изоляторами, занимаются многие исследовательские группы по всему миру на протяжении более чем десяти лет. Основное достоинство таких материалов – наличие на границе образца (при определённых условиях симметрии) устойчивых к рассеянию состояний, в то время как в объёме материал сохраняет свойства изолятора. Благодаря этому есть надежда на применение топологических изоляторов в перспективных системах связи и обработки информации, а также квантовых вычислений.
Многие свойства топологических изоляторов к настоящему времени хорошо описаны теоретически, некоторые из них проверены экспериментально. В числе основных свойств, до сих пор нуждающихся во всесторонней проверке, находится форма закона дисперсии для энергии краевых состояний топологического изолятора в зависимости от компонент их квазиимпульса.
Этот закон лежит в основе большинства наблюдаемых и прикладных свойств материала, поэтому знание его деталей очень важно. Если строить закон дисперсии графически, то, например, для электронов на поверхности соединений класса Bi2Te3 он будет напоминать цветок с лепестками замысловатой формы. Форма же лепестков будет содержать сведения о симметрии закона дисперсии, которая непосредственно влияет на физические свойства электронного газа.
На физическом факультете ННГУ давно занимаются исследованиями топологических изоляторов. Недавно здесь была завершена работа по оценке влияния симметрии закона дисперсии для электронов на поверхности Bi2Te3 на наблюдаемые свойства этого материала. По словам доцента кафедры теоретической физики Дениса Хомицкого, исследователям удалось показать, что упоминаемая как аналогия форма «лепестков» закона дисперсии, точнее, их симметрия, имеет своё отражение в конкретных и измеримых закономерностях.
В их числе появление новых пиков в спектре поглощения электромагнитного излучения различной поляризации, а также качественные отличия в динамике волнового пакета, проявляющиеся при учёте гексагонального искажения, или гофрировки спектра.
«Полученные результаты позволят в будущем при проведении соответствующих оптических и транспортных экспериментов оценить реальный вклад этой гофрировки, то есть точнее описать детали формы «лепестка» закона дисперсии», – отмечает Денис Хомицкий.
Более точное знание этого закона позволит, как надеются авторы опубликованной в февральском номере «Журнала экспериментальной и теоретической физики» работы, ускорить разработку практически полезных приложений и приборов на основе этого класса материалов.

Р.В. Туркевич, Д.В. Хомицкий «Динамика электронных состояний и магнитопоглощение в трёхмерных топологических изоляторах в квантующем магнитном поле», Журнал экспериментальной и теоретической физики, 2018, т.153, вып.2, с.283-293. http://jetp.ac.ru/cgi-bin/e/index/r/153/2/p283?a=list
Ссылка на переводную версию публикации https://link.springer.com/article/10.1134/S1063776118020085