Ett team ledd av fysikern Lia Krusin-Elbaum från City College i New York ligger bakom forskning som kan öppna en bredd av nya kvantenhetsplattformar för att utnyttja framväxande topologiska tillstånd för nano-spintronik och feltolerant kvantberäkning.

Gruppen fysiker och kemister har uppfunnit en ny enkel och kraftfull teknik som använder joniskt väte för att minska laddningsbärarens täthet i huvuddelen av tredimensionella (3D) topologiska isolatorer och magneter. Resultatet är att robusta icke-dissipativa yt- eller kantkvantledningskanaler kan nås för manipulation och kontroll. Deras forskning, "Topologiska ytströmmar som nås genom reversibel hydrering av den tredimensionella bulken," visas i tidskriften Nature Communications .

Den nya tekniken för vätejustering av kalkogenbaserade topologiska material och nanostrukturer implementerade i en laboratoriekammare använder införande och extraktion av joniskt väte från utspädd vattenlösning av saltsyra (HCl), vilket lämnar den skiktade topologiska kristallstrukturen såväl som elektroniska band intakta och har en extra fördel av att ta bort naturlig ytoxid samtidigt som ytorna passiveras. I denna process – som City College-teamet testar i Krusin Lab för tvådimensionell elektrisk transport – doneras elektroner genom en reversibel bindning av H ⁺ joner till kalkogener, såsom Te eller Se, och bulkbärardensiteter reduceras i storleksordningar för att uppnå tillgång till robusta topologiska yttillstånd utan att förändra bärarrörligheten eller bandstrukturen.

"Det huvudsakliga framsteg med detta arbete är att den nya hydreringsprocessen är helt reversibel, eftersom väte-kalkogen-delen kan disassocieras med ett lågtemperaturglödgningsprotokoll enligt vilket väte lätt kan avlägsnas", säger Krusin-Elbaum, professor vid CCNYs avdelning för Vetenskap. "Den är också multiplicerbar och reproducerbar, och löser därigenom en av de viktigaste begränsningarna för magnetiska och icke-magnetiska topologiska isolatorer och kan appliceras inte bara efter tillväxt på material utan också på helt tillverkade nanoenheter."

Forskningen i Krusin Lab fokuserar på att utforska nya kvantfenomen såsom Quantum Anomalous Hall (QAH)-effekten, som beskriver en isolator som leder avledningsfri ström i diskreta kanaler på sina ytor, 2D-supraledning och axionstillståndsfenomen med en termisk transport, alla med potential att utveckla energieffektiva tekniker, om de industrialiseras.

Krusin-Elbaum och hennes team sa att tekniken de har visat är mycket allmän och i slutändan kan främja potentialen hos inneboende topologiska magneter för att transformera framtida kvantelektronik. + Utforska vidare

Ny studie avslöjar topologisk laddning-entropi-relation i kagome Chern-magnet