CoSi-இல் உள்ள அரை-சமச்சீர்மை புதிய வகை இடவியல் பொருட்களை வெளிப்படுத்துதல்

குவாண்டம் ஹால் விளைவு (நோபல் பரிசு 1985) கண்டுபிடிக்கப்பட்டதிலிருந்து, இடவியல் பொருட்களைத் தேடுவதில் சமச்சீர் வழிகாட்டும் கொள்கையாக இருந்து வருகிறது. இப்போது ஜெர்மனி, சுவிட்சர்லாந்து மற்றும் அமெரிக்காவைச் சேர்ந்த சர்வதேச ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு, “அரை-சமச்சீர்” என்ற மாற்று வழிகாட்டும் கொள்கையை அறிமுகப்படுத்தியுள்ளது, இது சுழலியக்கவியல் மற்றும் குவாண்டம் தொழில்நுட்பங்களில் பயன்பாடுகளுக்கு பெரும் ஆற்றலைக் கொண்ட புதிய வகை இடவியல் பொருளைக் கண்டுபிடிப்பதற்கு வழிவகுக்கிறது. இந்த வேலை இயற்கை இயற்பியலில் வெளியிடப்பட்டுள்ளது.

முழுப் பொருளின் மீதும் ஒரே சீராகச் செயல்படும் முறை சமச்சீர்நிலையிலிருந்து வேறுபட்டது, அரை-சமச்சீர் செயல்பாடு அமைப்பின் வெவ்வேறு பகுதிகளில் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட முறையில் செயல்படுகிறது. ஒரு எளிய உதாரணம் ஒரு கண்ணாடிப் படமாக இருக்கலாம், அங்கு பொருளின் சில பகுதிகள் பிரதிபலிக்கப்படுகின்றன, ஆனால் மற்றவை இல்லை. கோட்பாட்டளவில், அடிப்படை தோராயத்தை மட்டுமே கருத்தில் கொள்ளும்போது சரியான சமச்சீர்மை கொண்ட அமைப்பு, கூடுதல் தோராயமான சொற்கள் சமச்சீர்நிலையை உடைக்காது. இதன் காரணமாக, ஒரு திடப்பொருளின் மின் பட்டை கட்டமைப்பில், இது வேகமான இடத்தில் சில குறைந்த சமச்சீர் புள்ளிகளில் வரையறுக்கப்பட்ட ஆனால் அளவுரு ரீதியாக சிறிய ஆற்றல் இடைவெளிகளை செயல்படுத்துகிறது.

அரை-உலோக கோபால்ட் சிலிசைடில் உள்ள அரை-சமச்சீர் கட்டமைப்புகள் ஒரு பெரிய சிதைந்த தளத்தின் மீது சிறிய ஆற்றல் இடைவெளிகளை உறுதிப்படுத்துகின்றன என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் நிரூபித்துள்ளனர். குவாண்டம் மெக்கானிக்கல் அலைவுகள் எனப்படும் மின்காந்த புலத்தின் மூலம் எலக்ட்ரான்கள் எப்படி வட்ட இயக்கத்தில் வளைக்கப்படுகின்றன என்பதில் இது பிரதிபலிக்கிறது. தளத்தின் பயன்பாடு படிக சமச்சீர்மையை உடைக்கிறது, இது தொடர்புடைய டிஜெனரேட் புள்ளிகளை மட்டுமே இடைவெளி செய்கிறது. ஆனால் அரை-சமச்சீர் பாதுகாக்கப்பட்ட புள்ளிகள் அப்படியே இருக்கும், புதிய காந்த முறிவை சுற்றுப்பாதைகள் மூலம் காணலாம். அரை-சமச்சீரின் மிக முக்கியமான பண்புகளில் ஒன்றை இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் இடையூறுகளுக்கு எதிரான அதன் வலிமை நிரூபிக்கிறது.

சமீபத்திய ஆண்டுகளில் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட இடவியல் ரீதியான புதிய பொருட்களில் பெரும்பாலானவை எதிர்கால தொழில்நுட்ப பயன்பாடுகளுக்கு பொருத்தமானதாக இருக்க அவற்றின் வேதியியல் கலவைகளின் துல்லியமான பொறியியல் தேவைப்படுகிறது. எந்தவொரு தன்னிச்சையான வேதியியல் ஆற்றலிலும் இடவியல் அம்சங்களைக் கண்டறிவதன் மூலம் அரை-சமச்சீர்மை நுண்ணிய-சரிப்படுத்தும் தேவையை நீக்குகிறது; சமச்சீர் உடைப்பு தேவையில்லை. மேலும், படிக சமச்சீரற்ற தன்மையை உடைக்கும் இயற்பியல் சிதைவுகளுக்கு உட்படுத்தப்பட்டாலும், அரை-சமச்சீர்-பாதுகாக்கப்பட்ட இடவியல் பொருட்கள் நிலையானதாக இருக்கும். மேலும், அரை-சமச்சீர்-பாதுகாக்கப்பட்ட இடவியல் பொருட்கள் (QSTM- Quasi-Symmetric-Protected topological Materials) மெல்லிய பட செயல்முறைகள் மூலம் QSTM-களின் தொழில்நுட்ப பயன்பாட்டிற்கான முக்கிய முன்நிபந்தனையான படிக சமச்சீர்மையை உடைக்கும் இயற்பியல் குறைபாடுகளுக்கு எதிராக வலுவானவை.

இந்த அம்சங்கள் வெளிப்புற விசைகளுக்கு அதிகரித்த பின்னடைவுடன் கூடிய புதிய பொருட்களின் ஒரு வகுப்பை நிரூபிக்கின்றன, இது தொழில்நுட்பத்தில் பயன்படுத்துவதை எளிதாக்குகிறது. இந்த முதல் உதாரணம், வழக்கமான விண்வெளிக் குழு வகைப்பாடுகளுக்கு அப்பால்  இடவியல் பொருட்களை  வெளிக்கொணர்வதற்கான ஒரு முக்கியமான படியை பிரதிபலிக்கும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் நம்புகின்றனர்.

References:

• Guo, C., Hu, L., Putzke, C., Diaz, J., Huang, X., Manna, K., & Moll, P. J. (2021). Hidden quasi-symmetries stabilize non-trivial quantum oscillations in CoSi. arXiv preprint arXiv:2108.02279.
• Zhou, Y., Wu, J., Ning, W., Li, N., Du, Y., Chen, X., & Mao, H. K. (2016). Pressure-induced superconductivity in a three-dimensional topological material ZrTe5. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(11), 2904-2909.
• Gilbert, M. J. (2021). Topological electronics. Communications Physics, 4(1), 1-12.
• Hsieh, T. H., Lin, H., Liu, J., Duan, W., Bansil, A., & Fu, L. (2012). Topological crystalline insulators in the SnTe material class. Nature communications, 3(1), 1-7.
• Wang, H., Chan, C. H., Suen, C. H., Lau, S. P., & Dai, J. Y. (2019). Magnetotransport properties of layered topological material ZrTe2 thin film. ACS nano, 13(5), 6008-6016.