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Jun 23, 2023

Cornell-Forscher visualisieren den Elektronenfluss in einem quantenanomalen Hall-Isolator

Cornell-Forscher haben mithilfe magnetischer Bildgebung direkt visualisiert, wie Elektronen in einem quantenanomalen Hall-Isolator (QAH) fließen. Ihre Ergebnisse stellen die lange gehegte Annahme in Frage, dass die

Cornell-Forscher haben mithilfe magnetischer Bildgebung direkt visualisiert, wie Elektronen in einem quantenanomalen Hall-Isolator (QAH) fließen. Ihre Ergebnisse widerlegen die lange angenommene Annahme, dass sich der Transportstrom an den Rändern des Materials bewegt, und zeigen, dass er tatsächlich im Inneren stattfindet. Diese Entdeckung liefert neue Einblicke in das Verhalten von Elektronen in QAH-Isolatoren und löst eine langjährige Debatte über den Stromfluss in Quanten-Hall-Isolatoren im Allgemeinen. Die Ergebnisse werden bei der Entwicklung topologischer Materialien für Quantengeräte der nächsten Generation helfen.

Die Forscher verwendeten ein supraleitendes Quanteninterferenzgerät (SQUID), um eine Probe aus mit Chrom dotiertem Wismut-Antimon-Tellurid, einem bekannten QAH-Isolator, zu scannen. Der SQUID ist ein äußerst empfindlicher Magnetfeldsensor, der bei niedrigen Temperaturen arbeiten kann. Durch die Abbildung der Stromflüsse und die Rekonstruktion der Stromdichte konnten die Forscher entgegen bisheriger Annahmen die fließenden Elektronen in der Masse des Materials beobachten.

Der erstmals 1980 entdeckte Quanten-Hall-Effekt tritt auf, wenn ein Magnetfeld an ein bestimmtes Material angelegt wird, wodurch es in der Masse zu einem Isolator wird und gleichzeitig einen elektrischen Strom in eine Richtung entlang der Außenkante fließen lässt. Den gleichen Effekt erzielen QAH-Isolatoren durch Magnetisierung. Für den Bau komplexerer Geräte ist es wichtig, die Feinheiten des Stromflusses in diesen Materialien zu verstehen.

Die Forscher hoffen, dass ihre Arbeit die Debatte über das Verständnis topologischer Materialien neu entfachen und weitere Forschungen auf diesem Gebiet anregen wird. Sie betonen, wie wichtig es ist, zu verstehen, wie Strom fließt, um die Eigenschaften und möglichen Anwendungen topologischer Materialien vollständig zu verstehen.