轨道角动量Nopoles一直是理论界非常感兴趣的课题，因为它们为新兴的轨道电子学领域提供了主要的实用优势，而轨道电子学是传统的潜在节能替代品电子部分。现在，通过在Paul Scherrer研究所PSI的瑞士光源SLS的强大理论和实验的结合，它们的存在已经被证明。这一发现发表在杂志上物理性质。
电子学利用电子的电荷来传递信息，而未来对环境影响较小的技术可能会利用电子的另一种特性来处理信息。直到最近，另一种“电子”的主要竞争者是自旋电子学。这里，用来传递信息的属性是电子的自旋。
研究人员还在探索利用电子绕原子核运行的轨道角动量(OAM)的可能性:这是一个被称为轨道电子学的新兴领域。这一领域对存储设备有着巨大的希望，特别是因为相对较小的电荷电流可能产生较大的磁化，从而导致节能设备。现在价值百万美元的问题是找到合适的材料来产生OAMs流，这是轨道电子学的先决条件。
现在，由保罗·谢勒研究所PSI和德国哈雷和德累斯顿的马克斯·普朗克研究所的科学家领导的一个国际研究小组已经证明，手性拓扑半金属是2019年在PSI发现的一类新材料，具有使其成为产生oam电流的高度实用选择的特性。
在寻找合适的轨道电子材料的过程中，使用钛等传统材料已经取得了进展。然而，自从五年前它们被发现以来，手性拓扑半金属已经成为一个有趣的竞争者。这些材料具有螺旋原子结构，具有像DNA双螺旋一样的天然“手性”，并且可以自然地赋予它们OAM的模式或纹理，使其能够流动。
“这为其他材料提供了一个显着的优势，因为你不需要施加外部刺激来获得OAM纹理-它们是材料的内在属性，”Michael sch
有一种特殊的OAM结构，假设存在于手性拓扑半金属中，它吸引了研究人员:OAM单极子。在这些单极子中，OAM从一个中心点向外辐射，就像一只受惊的刺猬的尖刺卷曲成一个球。
这些单极子之所以如此诱人，是因为OAM在所有方向上都是均匀的:即它是各向同性的。sch
勒说:“这是一个非常有用的特性，因为它意味着oam的流动可以在任何方向产生。”
然而，尽管OAM单极子对轨道电子学很有吸引力，直到这项最新的研究，它们仍然是一个理论上的梦想。
为了在实验中观察它们，希望依靠一种被称为角分辨光谱学(CD-ARPES)中的圆二色性技术，利用同步加速器光源的圆偏振x射线。然而，理论和实验之间的差距在过去阻碍了研究人员对数据的解释。sch
勒说:“研究人员可能已经有了数据，但OAM单极子存在的证据却隐藏在其中。”
在ARPES中，光照射在材料上，射出电子。这些射出电子的角度和能量揭示了材料电子结构的信息。在CD-ARPES中，入射光是圆偏振的。
sch
勒解释说:“一个自然的假设是，如果你使用圆偏振光，你测量的是与OAMs成正比的东西。”“问题是，正如我们在研究中显示的那样，这在某种程度上是一种na?ve假设。实际上，情况要复杂得多。”
在他们的研究中，sch
勒及其同事在瑞士光源SLS研究了两种类型的手性拓扑半金属:钯和镓或铂和镓制成的半金属。为了揭示隐藏在CD-ARPES数据复杂网络中的OAM纹理，研究小组用严谨的理论挑战了每一个假设。
然后，他们做了一个不同寻常的、关键的额外实验步骤，改变光子的能量。“起初，这些数据没有意义。信号似乎到处都在变化，”sch
他们仔细分析了CD-ARPES数据对OAM的复杂计算的不同贡献，揭示了CD-ARPES信号并不像之前认为的那样与OAM成正比，而是随着光子能量的改变而围绕单极子旋转。通过这种方式，他们弥合了理论和实验之间的差距，证明了OAM单极子的存在。
有了精确观察OAM单极子的能力，sch
勒和他的同事们继续证明，单极子的极性——无论OAM的尖峰是向内还是向外——可以通过使用具有镜像手性的晶体来逆转。sch
勒说:“这是一个非常有用的特性，因为轨道电子设备可能具有不同的方向性。”
现在，随着理论和实验的最终统一，更广泛的研究团体配备了探索各种材料的OAM纹理并优化其轨道电子应用的手段。
