Топологические изоляторы — горячая тема в физике материалов. Наиболее характерной особенностью этих материалов является то, что они действуют как изоляторы и проводники, их внутренняя часть предотвращает протекание электрических токов, в то время как их края или поверхности допускают движение заряда.Немецкий ученый из RWTH Aachen, Research Center Julich, TU Dresden и из Института исследования твердого тела и материалов им. Лейбница в Дрездене сообщает, что ток, протекающий по поверхности топологического изолятора, проходит по крошечным путям, которые были теоретически рассчитаны и экспериментально наблюдались. . Их работа опубликована в номере журнала Nature Physics от 2 марта 2015 года.
Там они показывают для висмута-родия-йода, что эти каналы привязаны к одномерным поверхностным элементам и проходят вдоль ступенек, образованных краями атомных слоев. Сканирующая туннельная спектроскопия показывает, что электронные каналы непрерывны как по энергии, так и в пространстве и имеют ширину менее одного нанометра.Благодаря свойствам топологических изоляторов электрический ток беспрепятственно течет по этим каналам, в то время как заряд практически не может перемещаться из одного канала в другой.
Таким образом, поверхность действует как набор электрических проводов, определяемых атомными ступенями на поверхности кристалла. Ученые продемонстрировали, что поверхность может быть выгравирована любым способом, что позволяет формировать сети каналов с нанометровой точностью. Каналированный ток позволяет транспортировать электроны, предотвращая «рассеяние», обычно связанное с потреблением энергии, когда электроны отклоняются от своей траектории. Таким образом, существенно снижаются результирующие потери энергии и тепловыделение.
Эти свойства делают топологические изоляторы интересными для применения в электронике. Кроме того, ожидается, что они позволят использовать новые типы обработки информации, такие как спинтроника или квантовые вычисления.
Однако предпосылкой для разработки новых устройств на основе топологических изоляторов является глубокое понимание этих квантовых явлений. Недавняя публикация знаменует собой важную веху в этом направлении.
В течение последнего десятилетия во всем мире прилагаются большие усилия для исследования и описания переноса в топологических изоляторах. В 2013 году команде профессора Майкла Рака из Технического университета Дрездена впервые удалось вырастить монокристаллы висмута-родия-йода. Совместно с теоретиками из Дрезденского института исследования твердого тела и материалов им.
Лейбница они пришли к выводу, что эти кристаллы являются топологическими изоляторами с электрическими проводящими каналами. Недавние эксперименты на RWTH Aachen и комбинированные расчеты в Дрездене теперь подтвердили эту гипотезу.