Brandtunede topologiske isolatorer kan føre til nye platforme inden for bæredygtig kvanteelektronik

Et hold ledet af City College of New York-fysiker Lia Krusin-Elbaum står bag forskning, der kan åbne en bredde af nye kvanteenhedsplatforme til at udnytte nye topologiske tilstande til nano-spintronik og fejltolerant kvanteberegning.

Gruppen af ​​fysikere og kemikere har opfundet en ny let og kraftfuld teknik, der bruger ionisk brint til at reducere ladningsbærerens tæthed i hovedparten af ​​tredimensionelle (3D) topologiske isolatorer og magneter. Resultatet er, at robuste, ikke-dissipative overflade- eller kantkvanteledningskanaler kan tilgås til manipulation og kontrol. Deres forskning, "Topologiske overfladestrømme opnået gennem reversibel hydrogenering af den tredimensionelle bulk," vises i tidsskriftet Nature Communications .

Den nye hydrogen-tuning-teknik af chalcogen-baserede topologiske materialer og nanostrukturer implementeret i et laboratoriekammer bruger indsættelse og ekstraktion af ionisk brint fra fortyndet vandig saltsyre (HCl) opløsning, som efterlader den lagdelte topologiske krystalstruktur såvel som elektroniske bånd intakte og har en ekstra fordel ved at fjerne naturligt overfladeoxid, mens overflader passiveres. I denne proces – som City College-teamet tester i Krusin Lab for todimensionel elektrisk transport – doneres elektroner af en reversibel binding af H ⁺ ioner til chalcogener, såsom Te eller Se, og bulk carrier-densiteter reduceres i størrelsesordener for at opnå adgang til robuste topologiske overfladetilstande uden at ændre bærermobiliteten eller båndstrukturen.

"Det vigtigste fremskridt i dette arbejde er, at den nye hydrogeneringsproces er fuldt reversibel, da brint-chalcogen-delen kan adskilles ved en lavtemperatur-annealing-protokol, under hvilken brint let fjernes," siger Krusin-Elbaum, professor i CCNY's Division of Videnskab. "Den er også multiplicerbar og reproducerbar og løser derved en af ​​nøglebegrænsningerne for magnetiske og ikke-magnetiske topologiske isolatorer og kan anvendes ikke kun efter vækst på materialer, men også på fuldt fremstillede nanoenheder."

Forskningen i Krusin Lab er centreret om at udforske nye kvantefænomener såsom Quantum Anomalous Hall (QAH)-effekten, som beskriver en isolator, der leder dissipationsfri strøm i diskrete kanaler på dens overflader, 2D-superledningsevne og aksionstilstandsfænomener med en termisk transport, alle med potentialet, hvis de industrialiseres, til at fremme energieffektive teknologier.

Krusin-Elbaum og hendes team sagde, at den teknik, de har demonstreret, er meget generel og i sidste ende kan fremme potentialet for iboende topologiske magneter til at transformere fremtidig kvanteelektronik. + Udforsk yderligere

Ny undersøgelse afslører topologisk ladning-entropi-relation i kagome Chern-magnet