FLEET -forskare uppnådde ett betydande landmärke i sökandet efter en funktionell topologisk transistor 2017, med hjälp av ett applicerat elektriskt fält för att växla det elektroniska ledningsläget för ett topologiskt material.

En "grind" -elektrod användes för att växla ledningsmoden i det topologiska materialet Na ₃ Bi.

Na ₃ Bi är en topologisk Dirac semimetal (TDS), ett material som har kallats '3D-grafen'.

"Elektroner som färdas inom en TDS beter sig på samma sätt som grafen, rör sig relativistiskt (dvs. som om de inte har någon massa), "förklarar FLEET -associerade utredaren Dr. Mark Edmonds, en medförfattare på tidningen.

Ledningsläge i TDS växlades mellan 'n-typ' ledning (där strömmen bärs av elektroner) och 'p-typ' ledning (där strömmen bärs av hål-effektivt, saknar elektroner).

Arbetet representerade det första framgångsrika, enkel, tunnfilmstransistor tillverkad av en topologisk halvmetall och den första transistorn gjord av Na ₃ Bi.

Som den första transistorn tillverkad av valfri topologisk Dirac-halvmetall i fast tillstånd, tunnfilmsform, detta visar att tekniken kan bearbetas till elektroniska enheter över stora områden.

Som den första demonstrationen att elektroniska egenskaper framgångsrikt kan manipuleras av ett applicerat elektriskt fält, det var också ett steg på vägen till mer komplexa, omkopplingsbara topologiska transistorer.

I komplex, omkopplingsbara topologiska transistorer, nyckeln är möjligheten att byta ett material mellan en konventionell isolator, och det topologiska tillståndet. Helst, sådan omkoppling skulle åstadkommas via ett elektriskt fält inducerat av en spänning som appliceras på transistorns grindelektrod.

Sådan teknik skulle använda en topologisk Dirac -halvmetall som kanalmaterial, balanserad mellan en konventionell isolator och en topologisk isolator.

"Dessa resultat gör det topologiska Dirac -halvmetallet Na ₃ Bi en otroligt bördig plattform för att utforska några mycket spännande nya områden inom fysik, "säger FLEET -doktoranden James Collins, medförfattare till studien.

"Det betyder Na ₃ Bi är en idealisk utgångspunkt för att uppnå kontroll över ett materials topologiska egenskaper. "

Detta arbete är därför ett viktigt steg mot två huvudmål för FLEETs forskningstema 1, som försöker utveckla elektroniska banor med mycket låg motstånd via topologiska material:

• En atomtunn topologisk isolator med bandgap större än 77 grader Kelvin
• Framgångsrik byte från en konventionell isolator till en topologisk isolator.

Projektet representerade ett framgångsrikt tvärvetenskapligt samarbete mellan experter på tunnfilmstillväxt och elektronisk karakterisering vid Monash University, och teoretisk modellering ledd av FLEET Associate Investigator Dr Shaffique Adam vid National University of Singapore.

Studien publicerades i Material för fysisk granskning i oktober 2017, Vol. 1, fråga 5.

Topologiska transistorer och FLEET

Att framgångsrikt byta material från konventionell isolator till topologisk isolator är ett viktigt steg mot topologiska transistorer.

Topologiska isolatorer är nya material som beter sig som elektriska isolatorer i deras inre, men kan bära en ström längs kanterna. Till skillnad från en konventionell elektrisk väg, sådana topologiska kantvägar kan bära elektrisk ström med nästan noll avledning av energi, vilket betyder att topologiska transistorer kan växla utan att bränna energi. Topologiska material erkändes i Nobelpriset i fysik 2016.

Topologiska transistorer skulle byta, "precis som en traditionell transistor. Tillämpningen av en grindpotential skulle byta kantvägar i en Na ₃ Bi -kanal mellan att vara en topologisk isolator ('på') och en konventionell isolator ('av').