Perspektif pengangkutan bukan linear bagi peralihan fasa akibat medan dalam pentatellurida

Menggabungkan keadaan topologi jirim dengan korelasi elektron yang kuat menjanjikan banyak fenomena eksotik seperti pembahagian cas, ketidakstabilan eksitonik dan pengujaan aksionik. Pentatellurida logam peralihan berlapis ZrTe₅ dan HfTe₅ didapati hampir dengan fasa semilogam topologi tidak sengaja dengan ketumpatan pembawa yang rendah. Walaupun dalam medan magnet yang agak rendah, mereka boleh membentuk tahap Landau yang sangat merosot dan secara mendadak meningkatkan kesan korelasi elektron Dirac di dalamnya. Oleh itu, pentatellurida ini adalah calon yang baik untuk keadaan topologi berkorelasi yang boleh disesuaikan. Fenomena ini telah diteliti dalam kajian terbaru yang diketuai oleh Prof. Faxian Xiu dan Prof. Cheng Zhang dari Universiti Fudan.

Kajian pengangkutan kuantum terdahulu mengenai pentatellurida mendedahkan keadaan Hall kuantum pukal dalam medan magnet, manakala asal fizikalnya masih kontroversi. Dalam kajian semasa, Xiu dan Zhang mengambil pendekatan berbeza, pengangkutan tak linear, yang menjejaki evolusi kerintangan bergantung bias dalam medan magnet. Secara amnya, kerintangan DC bahan konvensional adalah dalam rejim linear, bebas daripada pincang elektrik yang digunakan. Walau bagaimanapun, dalam fasa tertentu seperti gelombang ketumpatan cas dan putaran, elektron yang terperangkap dalam telaga potensi tempatan boleh dibebaskan oleh voltan pincang yang agak kecil dan kemudian mengubah suai nilai kerintangan dengan kuat.

Dengan mengukur kerintangan pembezaan membujur dan melintang pada pincang yang berbeza, Xiu dan Zhang secara langsung menyiasat peralihan gelombang ketumpatan yang disebabkan oleh medan magnet. Anehnya, mereka mendapati bahawa di luar gelombang ketumpatan 1D yang dicadangkan sebelum ini, gelombang ketumpatan juga berterusan sepanjang arah dalam satah. Di samping itu, keadaan penebat pada medan magnet yang lebih tinggi boleh ditindas oleh voltan pincang juga, yang meletakkan kekangan yang kuat pada mekanisme peralihan logam-penebat.

Bersama-sama dengan ahli teori, penulis membina rajah fasa HfTe₅. Dengan penggunaan medan magnet, elektron dalam HfTe₅ mula-mula menjadi keadaan gelombang ketumpatan 3D, dan kemudian menjadi setempat oleh kesan pembekuan magnet. Elektron beku ini boleh diaktifkan semula secara beransur-ansur ke dalam keadaan mudah alih di atas medan elektrik ambang, yang menghasilkan pengaliran diaktifkan dalam kedua-dua arah membujur dan melintang.

Keputusan ini menunjukkan bukti jelas tentang kesan banyak badan yang muncul bagi elektron Dirac yang disebabkan oleh medan magnet dan mewujudkan pentatellurida cair sebagai platform yang bersih dan boleh dilaras untuk meneroka dinamik mod kolektif baru dalam fizik topologi berkorelasi.