(PhysOrg.com) - Ett bisarrt ämne som förutspås krympa elektronik och ge kvantfysiker en ny bordsskivleksak beter sig ungefär som dess designers förväntat sig.

Förra månaden i Naturmaterial , SLAC -forskare och deras medarbetare vid Stanford bekräftade hur elektrisk ström rör sig på små band av topologisk isolator - ett material som isolerar i sin bulk men leder ovanligt bra på ytan. Arbetet kom från ett nära samarbete mellan forskargrupperna för Stanford -forskaren Yi Cui, och Zhi-Xun Shen och Shoucheng Zhang från Stanford Institute for Materials and Energy Science.

"Elektriska strömegenskaper är mycket svåra att studera i ett typiskt bulkprov av dessa topologiska isolatorer, "sa Shen, direktör för SIMES, ett gemensamt Stanford/SLAC -institut. "Genom att göra väldigt små nanoribon kunde vi studera de unika ytegenskaperna."

I extremt tunna band av den sammansatta vismutseleniden, det stora förhållandet mellan kanter och inre gör materialets coolaste egenskaper lätta att upptäcka. Elektroner som kör på nanoribbonytan flödar särskilt smidigt, agera som om de inte har någon massa, och ha ett fast snurr - åtminstone när banden är nedsänkta i kallt flytande helium. I princip, fastigheterna kan sträcka sig till rumstemperatur.

"Det öppnar många framtida applikationer, "sa SIMES-fysikern och medförfattaren Yulin Chen. Materialet kan vara en välsignelse för spintronics, en teknik som använder elektronspinn för att lagra information. Spintronics tillämpningar inkluderar små datorchips och sensorer, och kvantberäkning.

Men ansökningar är bara en del av ämnets överklagande. På grund av deras unika ytegenskaper, bandet öppnar en ny testplats för fysikteorier, sa medförfattaren Keji Lai, en postdoktor i Shens grupp. "Explosionen" av forskningsartiklar om ämnet sedan dessa exotiska egenskaper förutspåddes 2006 talar till fysikernas spänning.

"Vi kan faktiskt spela med bordsskivsystem och förstå kvantmekanik på mycket hög nivå, "Sa Lai." Detta [nya resultat] banar verkligen vägen för att göra den typen av experiment. "

Arbetet växte fram ur ett tillfälligt samtal mellan Lai och materialvetaren Hailin Peng, tidigare i Cui -gruppen vid Stanford Department of Materials Science and Engineering och nu vid fakulteten vid Peking University, Kina.

"Jag chattade med honom under lunchen och berättade för honom denna familj av intressanta material, ”Sa Lai.” Han kom tillbaka nästa dag och sa att de har en idé om hur man bygger dem och gör dem väldigt tunna. En vecka senare, han visade mig elektronmikroskopbilder av dessa material i bandform. "

Peng, tillsammans med Cuis doktorander Desheng Kong och Stefan Meister, använde en välkänd teknik som kallas "Vapor-Liquid-Solid Synthesis" för att odla band. Vismut selenidånga reagerar under lågt tryck och ugnsvärme med specialberedda guldnanopartiklar för att bilda små flytande droppar. En gång mättad, vätskan börjar gro fasta vismutselenidband, var och en fäst vid en guldpartikel. Diameteren på guldpartiklarna bestämmer tjockleken på nanoribonen.

Att göra nanoribonen tunnare och tunnare - tills de är praktiskt taget alla ytor - kan vara nyckeln till att se deras ovanliga beteende vid rumstemperatur. Enligt Stanford materialvetare Yi Cui, som fortfarande samarbetar med Peng, de kan nu göra nanoribon som bara är 10 atomer tjocka- 25 gånger tunnare än de som beskrivs i december artikel.

På så små avstånd, elektroner på toppen och botten av nanoribonen kan korsprata, enligt förutsägelser av medförfattare och SIMES -forskare Zhang och Xiaoliang Qi. Endast teorin har undersökt de bisarra beteenden som denna kommunikation skulle orsaka.

"Vi är i den tidiga utforskningen av vetenskapen för närvarande, "Sa Lai." I de första dagarna av halvledare ägnade människor mycket tid åt att bara förstå den grundläggande vetenskapen. När de väl lade fram de fysikaliska egenskaperna hos dessa material, ingenjörerna var mycket kraftfulla på att bygga komplicerade strukturer och få dem till vardags. "

Både Lai och Chen skulle vilja se fler materialforskare och ingenjörer slå in.

"Vårt jobb är att motivera och inspirera fler människor att delta i fältet, "Chen sa." Ju fler som går med på detta område desto snabbare kan framstegen vara. "