Китайские ученые экспериментально обнаружили топологические фононы в графене. Чтобы исследовать фононные спектры во всей двумерной зоне Бриллюэна, они использовали метод электронной микроскопии с высоким разрешением характеристических потерь энергии электронов.

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Фононы играют важную роль в тепловых, механических и электронных свойствах кристаллических материалов. При этом особый интерес представляют топологические фононные состояния, возникающие на пересечении фононных ветвей с различными параметрами. Эксперименты по изучению таких состояний начали проводить достаточно недавно.

В двумерных материалах топологические фононные состояния ранее не наблюдались из-за высокого необходимого разрешения по энергии от 0,1 до 10 миллиэлектронвольт. Такого разрешения по энергии практически невозможно достичь при изучении фононных состояний традиционными методами — при помощи неупругого рассеяния рентгеновских лучей или нейтронов. Это существенно усложняет экспериментальное изучение топологических фононных состояний по сравнению, например, с аналогичными состояниями для электронов. При этом топологические состояния электронов в двумерных материалах приводят к неожиданным свойствам, о которых мы рассказывали в нашем материале «Тонко закручено».

Ли Цзяде (Jiade Li) с коллегами из Национальной лаборатории физики конденсированных сред в Пекине и ряда других китайских институтов использовали для исследования фононных структур в графене метод электронной микроскопии высокого разрешения по характеристическим потерям энергии электронов.