Ny indsigt i interaktionen mellem topologiske isolatorer

Tungsten di-telluride (WTe₂ ) har for nylig vist sig at være et lovende materiale til realisering af topologiske tilstande. Disse betragtes som nøglen til nye "spintroniske" enheder og fremtidens kvantecomputere på grund af deres unikke elektroniske egenskaber. Fysikere ved Forschungszentrum Jülich har nu for første gang været i stand til at forstå, hvordan de topologiske egenskaber af flerlags WTe₂ systemer kan ændres systematisk ved hjælp af undersøgelser under et scanning tunneling mikroskop. Resultaterne er blevet publiceret i tidsskriftet Nano Letters .

Topologiske isolatorer blev kendt uden for ekspertkredse takket være 2016 Nobelprisen i fysik. Deres forskning er dog stadig i sin begyndelse, og mange grundlæggende spørgsmål forbliver ubesvarede. Et af de karakteristiske træk ved forbindelsen WTe₂ er, at den udviser en hel række af eksotiske fysiske fænomener afhængig af dens lagtykkelse. Atomisk tynde lag er isolerende på overfladen, men på grund af deres krystalstruktur udviser de såkaldte topologisk beskyttede kantkanaler. Disse kantkanaler er elektrisk ledende, og ledningen afhænger af elektronernes spin. Hvis to sådanne lag stables oven på hinanden, opstår der afgørende forskellige interaktioner afhængigt af, hvordan lagene er justeret.

Hvis de to lag ikke er justeret, interagerer de ledende kantkanaler i de to lag kun minimalt. Men hvis de drejes nøjagtigt 180°, forsvinder den topologiske beskyttelse såvel som kantkanalerne, og hele systemet bliver isolerende. Ydermere dannes der med et minimalt vrid på få grader en periodisk overbygning, et såkaldt moiré-gitter, som yderligere modulerer den elektriske ledningsevne. Forskere ved Peter Grünberg Instituttet (PGI-3) har nu været i stand til at studere disse egenskaber lokalt på atomær skala for første gang ved hjælp af et scanning tunneling mikroskop, der giver afgørende indsigt i samspillet mellem lagene.

Forskere afbilder ledende kanter i et lovende 2D-materiale