Комбинация топологического изолятора со сверхпроводником может позволить разрабатывать современные материалы с широким потенциалом применения в полупроводниковой электронике и вычислительной технике, включая новые подходы, такие как спинтроника и квантовые вычисления.Ученые обнаружили соединение, которое проявляет истинные свойства топологического кристаллического изолятора с необычной электронной проводимостью на поверхности, но без проводимости в объеме. Теоретики предсказали возможность того, что некоторые материалы могут вести себя как топологические изоляторы, в которых электронная проводимость может происходить на поверхности только электронами, спин и импульс которых связаны. Эта связь имеет благоприятное свойство защищать движущиеся поверхностные электроны от обратного рассеяния из-за дефектов материала.
Поскольку в идеале основная часть образца является изолирующей, ток, протекающий по образцу, может включать только спин-поляризованные поверхностные электроны, которые защищены такой квантово-механической связью. Экспериментаторы синтезировали ряд соединений, которые демонстрируют предсказанные топологические состояния поверхности; однако до сих пор было обнаружено, что эти материалы не являются изоляционными в объеме, предположительно из-за дефектов атомного масштаба, которые трудно контролировать.
Теперь группа исследователей из Брукхейвенской национальной лаборатории открыла новый материал (Pb1-xSnxTe, легированный In), который действительно демонстрирует предсказанные свойства без проводимости внутри кристалла. Это открытие может позволить создавать электронные устройства, управляющие электронным вращением вместо заряда, и обеспечивать огромную экономию энергии.