Ученые из KRISS и GIST объяснили происхождение необычного сигнала, обнаруженного в нанопроволоках топологического изолятора на основе селенида висмута. Такие материалы практически не проводят ток внутри, однако обладают особыми проводящими состояниями на поверхности.
При воздействии магнитного поля электронные волны в нанопроволоке интерферируют, создавая так называемые осцилляции Ахаронова — Бома. Однако в экспериментах ученые давно замечали дополнительные «биения», происхождение которых оставалось неясным.
Анализ показал, что в действительности интерференция одновременно происходит в двух электронных состояниях. Помимо топологического поверхностного состояния, в процессе участвует двумерный электронный газ, формирующийся непосредственно под поверхностью материала. Электроны движутся по немного различающимся траекториям, поэтому возникающие колебания имеют разные периоды и накладываются друг на друга.
Разделить два сигнала обычными методами частотного анализа оказалось сложно, поэтому исследователи применили машинное обучение. Оно позволило выявить отдельные компоненты даже при изменении характера сигнала под воздействием управляющего напряжения.
Открытие имеет практическое значение для разработки топологических квантовых устройств. Оно показывает, что обычные электронные состояния способны вмешиваться в работу топологических состояний, поэтому для получения нужных квантовых свойств необходимо точнее контролировать легирование материала и управляющее напряжение.
