I decennier har forskare letat efter nya material som kan revolutionera elektroniken. En lovande kandidat är en klass av material som kallas topologiska isolatorer, som har potential att leda elektricitet med mycket lite motstånd. Detta kan göra dem idealiska för användning i nästa generations transistorer, som är de grundläggande byggstenarna i alla elektroniska enheter.

I en ny studie har forskare vid University of California, Berkeley, upptäckt ett nytt sätt att elektroner färdas genom topologiska isolatorer. Detta fynd kan ge insikter i hur man designar topologiska isolatorer med ännu bättre elektriska egenskaper, vilket tar oss ett steg närmare nästa generation av elektroniska enheter.

Topologiska isolatorer:En kort introduktion

Topologiska isolatorer är en klass av material som kännetecknas av sina ovanliga elektroniska egenskaper. I vanliga isolatorer är elektroner lokaliserade till specifika atomer och kan inte röra sig fritt. I topologiska isolatorer kan emellertid elektroner röra sig fritt längs materialets kanter. Detta beror på att topologiska isolatorer har en unik bandstruktur, vilket är energifördelningen av elektroner i materialet.

Bandstrukturen hos en topologisk isolator kännetecknas av två egenskaper:ett bandgap och en topologisk invariant. Bandgapet är ett energiområde där inga elektrontillstånd är tillåtna. Den topologiska invarianten är ett tal som beskriver materialets topologiska egenskaper.

Den topologiska invarianten för en topologisk isolator är relaterad till antalet kanttillstånd som materialet har. I en tvådimensionell topologisk isolator är den topologiska invarianten lika med antalet kanttillstånd. Detta innebär att en tvådimensionell topologisk isolator med en topologisk invariant på 1 kommer att ha ett kanttillstånd.

Hur elektroner färdas genom topologiska isolatorer

I den tidigare artikeln undersökte vi hur elektroner färdas genom topologiska isolatorer. Vi upptäckte att elektroner kan röra sig fritt längs kanterna på topologiska isolatorer debido a un gap, vilket är en topologisk egenskap hos dessa material.

Det sätt på vilket elektroner färdas genom topologiska isolatorer är analogt med hur vatten strömmar genom en flod. I en flod rinner vatten längs flodbädden och flodens stränder. I en topologisk isolator strömmar elektroner längs materialets kanter.

Denna analogi kan hjälpa oss att förstå hur egenskaperna hos topologiska isolatorer kan användas för att skapa nya elektroniska enheter. Till exempel kan det faktum att elektroner kan flöda fritt längs kanterna på topologiska isolatorer användas för att skapa transistorer som är snabbare och mer effektiva än traditionella transistorer.

Slutsats

Topologiska isolatorer är en lovande ny klass av material som har potential att revolutionera elektroniken. De unika egenskaperna hos dessa material skulle kunna användas för att skapa nya elektroniska enheter som är snabbare, effektivare och kraftfullare än traditionella enheter.