В системе СГСЭ α определяется выражением
e2•(ћ•c)-1,
где
e — заряд электрона,
ћ =
h•(2•π)
-1 — приведённая постоянная Планка,
c — скорость света. Размерности α не имеет, а её значение близко к 1/137.
Разрабатывая свой способ измерения, авторы ориентировались на уже известные топологические эффекты в физике конденсированных сред, которые используются для определения постоянных. Так, наблюдение эффекта Джозефсона в сверхпроводниках позволяет измерять квант магнитного потока Φ0 = h•(2•e)-1, а холловская проводимость в квантовом эффекте Холла квантуется в единицах G0 = e2/h. Объединение этих измерений даёт наиболее точное значение постоянной Планка.
Американцы рассматривают сравнительно недавно открытый класс материалов, называемых топологическими изоляторами. Теоретически предсказано, что в этих материалах, которые демонстрируют металлическую проводимость у поверхности, но в объёме ведут себя подобно диэлектрикам, должен проявляться «топологический магнитоэлектрический эффект», квантуемый в единицах α.
| Схема эксперимента. ТИ — топологический изолятор, θK и θF — углы Керра и Фарадея. (Иллюстрация из журнала Physical Review Letters.) |
В предложенной схеме измерений тонкий образец топологического изолятора располагается на обычной непроводящей подложке и помещается во внешнее магнитное поле, направленное перпендикулярно ему. На образец направляется излучение, после чего экспериментаторы должны определить углы керровского и фарадеевского вращения. Поясним: керровским вращением называют изменение направления поляризации отражённого света, фарадеевским — то же в случае света, прошедшего сквозь оба слоя.
Если физики сумеют выполнить такое измерение, то по довольно простой формуле, связывающей два угла, они рассчитают α. В опыте можно использовать любой доступный топологический изолятор: (Bi2Se3, Bi2Te3, Sb2Te3, соединения таллия), поскольку от его характеристик — диэлектрической ε и магнитной μ проницаемости — результат не зависит.
По словам одного из участников исследования Шоу-Чэн Чжана (Shou-Cheng Zhang), работы по регистрации «топологического магнитоэлектрического эффекта» сейчас проводятся сразу в трёх лабораториях.
Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.
Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.
