Forskere forestiller billedførende kanter i et lovende 2-D-materiale

Et forskerhold bestående af forskere ved University of California, Riverside, og University of Washington har for første gang direkte afbildet "kantledning" i wolfram ditellurid i enkeltlag, eller WTe ₂ , en nyopdaget 2-D topologisk isolator og kvantemateriale.

Forskningen gør det muligt at udnytte denne kantledningsfunktion til at bygge mere energieffektive elektroniske enheder.

I en typisk leder, elektrisk strøm strømmer overalt. Isolatorer, på den anden side, ikke let lede elektricitet. I topologiske isolatorer, en særlig type materiale, interiøret fungerer som en isolator, men grænserne for sådanne materialer er garanteret ledende på grund af dets topologiske egenskab, hvilket resulterer i en funktion kaldet "topologisk kantledning".

Topologi er den matematiske undersøgelse af egenskaberne ved en geometrisk figur eller et fast stof, der er uændret ved strækning eller bøjning. Anvendelse af dette koncept på elektroniske materialer fører til opdagelser af mange interessante fænomener, herunder topologisk kantledning. Arbejder som motorveje for elektroner, kanaler med topologisk kantledning tillader elektroner at rejse med lidt modstand. Yderligere, fordi kantkanaler potentielt kan være meget smalle, elektroniske enheder kan yderligere miniaturiseres.

Undersøgelsesresultater vises i dag i Videnskab fremskridt .

"Flere materialer har vist sig at være 3D-topologiske isolatorer, "sagde Yongtao Cui, en adjunkt i fysik og astronomi ved UCR, der ledede forskningen. "Men 2-D topologiske isolatorer er sjældne. Flere nylige eksperimenter viste, at monolaget WTe ₂ er den første atomisk tynde 2-D topologiske isolator. "

Cui forklarede, at for en 3D-topologisk isolator, ledning vises på dens overflader; for et 2-D arklignende materiale, sådanne ledende træk er simpelthen ved arkets kanter.

Cuis laboratorium brugte en ny eksperimentel teknik kaldet mikrobølgeimpedansmikroskopi, eller MIM, direkte billede af ledningen i kanterne af monolag WTe ₂ .

"Vores resultater bekræfter utvetydigt kantledning i dette lovende materiale, "Sagde Cui.

Selvom WTe ₂ har været kendt for at eksistere i årtier, interessen for dette materiale fik kun et løft i de sidste par år på grund af dets eksotiske fysiske og elektroniske egenskaber opdaget ved hjælp af topologisk fysik. WTe ₂ lag stables sammen via van der Waals -interaktioner og kan let eksfolieres til tynde, 2-D, grafenlignende ark.

"Ud over ledning i kanterne i monolag WTe ₂ , vi fandt også ud af, at de ledende kanaler kan strække sig til materialets indre, på grund af ufuldkommenheder - såsom revner, "Cui sagde." Vores observationer peger på nye måder at styre og konstruere sådanne ledningskanaler på via mekaniske eller kemiske midler. "

Kuis samarbejdspartnere ved University of Washington forberedte monolaget WTe ₂ prøver. På UCR, hans laboratorium udførte MIM -måling, hvilket involverede at sende et elektrisk mikrobølgesignal til en skarp metalspids, og placering af spidsen nær overfladen af ​​monolag WTe ₂ . Ved at løse mikrobølgesignalet, der blev returneret af prøven, forskerne kunne afgøre, om prøveområdet direkte under spidsen var ledende eller ej.

"Vi scannede spidsen på tværs af hele prøven og kortlagde direkte den lokale ledningsevne, "Sagde Cui." Vi udførte alle målinger ved kryogene temperaturer, nødvendig for monolag WTe ₂ at udstille den topologiske ejendom. De topologiske egenskaber ved monolag WTe ₂ kan potentielt fungere som en platform til at realisere væsentlige operationer inden for kvantecomputing. "

Cuis laboratorium undersøger allerede nye måder at manipulere kantledningskanalerne og topologisk fysik i monolag WTe ₂ .

"Vi undersøger, om stabling af enkeltlag WTe ₂ med andre 2-D materialer kan ændre dens topologiske egenskab, "sagde han." Vi bruger også mekaniske og kemiske metoder til at skabe netværk af ledningskanaler. Den MIM -teknik, vi brugte, tilbyder et kraftfuldt middel til at karakterisere ledningskanalerne i topologiske materialer såsom monolag WTe ₂ . "