Forskere demonstrerer og forklarer overfladeledning i en topologisk isolator

(Phys.org)-Forskere ved University of Maryland og NIST Center for Nanoscale Science and Technology har for første gang eksperimentelt demonstreret overflade-kun ladningsledning i en topologisk isolator [1], og har teoretisk forklaret ledningen ved hjælp af teknikker, der tidligere er anvendt med succes til forståelsen af ​​grafen [2].

Forskergruppen fandt ud af, at den tynde Bi ₂ Se ₃ de undersøgte krystaller har usædvanlige magneto-elektroniske egenskaber, der skal gøre det muligt at anvende sådanne topologiske isolatorer i nye typer enheder, herunder højtydende transistorer, magnetiske sensorer, og optiske detektorer.

En topologisk isolator er en usædvanlig type tredimensionelt materiale, der teoretisk forudsiges kun at bære elektrisk ladning på en todimensionel grænse.

Som for nylig bekræftet ved eksperiment, topologiske isolatorer opfører sig som en elektrisk isolator i deres indre, men leder elektroner på deres overflade.

Topologiske isolatorer er også blevet forudsagt at have en usædvanlig elektronisk båndstruktur af Dirac-typen (delt af grafen), hvor elektronenergien har en lineær afhængighed af momentum, som det ses i fotoner.

Ved direkte at måle ladningstransporten på overfladen af ​​tynde Bi2Se3 -krystaller, forskerne viste, at adfærden på overfladen er i overensstemmelse med et Dirac -bånd, hvor elektronerne svagt interagerer og er uordnede.

Disse funktioner i Dirac -bandet indebærer, at, i modsætning til grafen, de ledende elektroner på overfladen af ​​topologiske isolatorer har en unik kobling mellem deres spins og ladninger.

Denne kobling kan give anledning til nye former for solid state -enheder, herunder mindre magnetiske komponenter, hvis logik kan skiftes ved hjælp af nanoskala spin -strømme.