Svelare una nuova frontiera: lo stato del quarto bordo nel cristallo fotonico simile al grafene

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Svelare una nuova frontiera: lo stato del quarto bordo nel cristallo fotonico simile al grafene

È noto che il grafene, insieme a materiali di struttura simile, ospita stati limite. Questi sono stati localizzati le cui proprietà uniche si discostano significativamente da quelle all’interno della maggior parte del materiale. Fino a poco tempo fa, questi stati marginali erano classificati in tre categorie: zigzag, poltrona e barbuto, ciascuno coniato dalla propria geometria strutturale distintiva. In uno studio innovativo, gli scienziati dell’Università di Nankai e dell’Università di Shanxi hanno introdotto un potenziale quarto stato marginale noto come “ramoscello”, che offre interessanti caratteristiche topologiche. Questa scoperta espande la nostra comprensione degli stati dei bordi del grafene e apre la strada allo sfruttamento di una solida localizzazione dei bordi e fasi topologiche non banali in materiali simili a Dirac.

Decifrare lo stato del bordo del “ramoscello” nelle strutture reticolari a nido d’ape

I ricercatori hanno individuato che il cosiddetto stato del bordo “ramoscello” è una caratteristica universale delle strutture reticolari a nido d’ape (HCL). È una controparte dello stato del bordo della poltrona e deriva dalla selezione di una cella primitiva appropriata piuttosto che dall’implementazione di un semplice taglio del reticolo o dell’alterazione del bordo di Klein. Gli stati del bordo del ramoscello producono una banda completamente piatta che attraversa la zona di Brillouin, contrassegnata da una degenerazione a energia zero. Questo stato mostra una torsione topologica non banale dell’hamiltoniano del reticolo, distinguendo il “ramoscello” da altri stati di bordo noti.

Inoltre, gli stati del bordo del ramoscello possono manifestarsi come entità allungate o strettamente localizzate al confine, dimostrando sia caratteristiche topologiche che caratteristiche di bande piatte.

Dalla teoria alla pratica: lo stato del bordo “ramoscello” nelle strutture HCL sintetiche

Sebbene le conclusioni del team siano state inizialmente derivate dal grafene fotonico, hanno un’applicazione più ampia. L’esistenza dello stato ramoscello non è limitata al grafene fotonico, ma si estende ad altre strutture HCL sintetiche.

Basandosi sul loro lavoro precedente, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica indotta dal laser per inscrivere una matrice di guide d’onda di forma arbitraria in un cristallo. Basandosi sui dati di simulazione, hanno costruito una struttura a nido d’ape con bordi simili a ramoscelli e hanno ipotizzato che questi bordi potessero ospitare stati non banali. Per convalidare la loro ipotesi, hanno creato un reticolo a nido d’ape di guide d’onda con una spaziatura reticolare di 32 µm e hanno accoppiato la luce negli stati del bordo del ramoscello utilizzando un laser. Hanno osservato la propagazione della luce attraverso le guide d’onda, portando a risultati che confermano le caratteristiche topologiche ea banda piatta degli stati del bordo del ramoscello.

Rivoluzionando la comprensione e l’applicazione dello stato perimetrale

La svolta del team non solo amplia l’ambito della ricerca relativa al grafene, ma offre anche un notevole impulso allo sviluppo di applicazioni edge state. Accanto ai bordi precedentemente riconosciuti, il bordo del ramoscello completa la base per interpretare tutti i possibili tipi di bordo nei reticoli a nido d’ape. Qualsiasi bordo arbitrario può essere rappresentato come una combi___one di questi quattro tipi.

Questa ricerca innovativa pone le basi per un quadro completo per descrivere gli stati marginali in materiali simili al grafene. Ha anche il potenziale per stimolare nuove applicazioni consentendo la creazione e lo studio di fasi topologiche senza precedenti. Tali progressi potrebbero infine portare a usi innovativi di questi affascinanti materiali nella tecnologia e nell’industria.

Fonti :

  1. Grafene: un nuovo materiale: “Grafene” – Iniziativa ___onale Nanotecnologie
  2. Spiegazione dei diversi stati del bordo: “Edge States and structure of graphene Dirac fermions” – PNAS
  3. Ulteriori informazioni sulle strutture reticolari a nido d’ape: “Proprietà elettroniche del grafene: una prospettiva dalla microscopia a scansione di tunneling e dal magneto-trasporto” – Nature
  4. Descrizione del grafene fotonico: “Osservazione delle bande di Dirac nel grafene artificiale in pozzi quantici di GaAs con nanopattern di piccolo periodo” – Physical Review Letters
  5. Uso di una tecnica indotta da laser in fisica sperimentale: “Strutture modulate spazialmente indotte dal laser nei solidi: un fenomeno universale” – Springer Link

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Daniel Wright

Con oltre 25 anni di esperienza come sviluppatore di sistemi operativi, ho dedicato la mia carriera a padroneggiare le complessità di vari sistemi operativi. Il mio viaggio con Linux è iniziato nel 1999 e dal 2015 è diventato il mio sistema operativo quotidiano preferito. Condividendo le mie conoscenze e la passione per la tecnologia, sono anche insegnante presso The Game Assembly, nutrendo la prossima generazione di sviluppatori di talento. Con particolare attenzione alla sicurezza DDoS, mi sforzo di proteggere sistemi e reti da attacchi dannosi, garantendo un ambiente online sicuro e stabile.