(Phys.org)-Forskare vid University of Maryland och NIST Center for Nanoscale Science and Technology har för första gången experimentellt demonstrerat endast ytladdning i en topologisk isolator [1], och har teoretiskt förklarat ledningen med hjälp av tekniker som tidigare tillämpats framgångsrikt för förståelsen av grafen [2].
Forskargruppen fann att den tunna Bi 2 Se 3 kristaller som studerats har ovanliga magneto-elektroniska egenskaper som bör tillåta sådana topologiska isolatorer att användas i nya typer av enheter, inklusive högpresterande transistorer, magnetiska sensorer, och optiska detektorer.
En topologisk isolator är en ovanlig typ av tredimensionellt material som teoretiskt förutses bära elektrisk laddning endast på en tvådimensionell gräns.
Som nyligen verifierat genom experiment, topologiska isolatorer beter sig som en elektrisk isolator i sitt inre men leder elektroner på deras yta.
Topologiska isolatorer har också förutsetts ha en ovanlig elektronisk bandstruktur av Dirac-typ (delad av grafen), där elektronenergin har ett linjärt beroende av momentum, som det ses i fotoner.
Genom att direkt mäta laddningstransporten på ytan av tunna Bi2Se3 -kristaller, forskarna visade att beteendet på ytan överensstämmer med ett Dirac -band där elektronerna är svagt interagerande och störda.
Dessa funktioner i Dirac -bandet innebär att, till skillnad från grafen, de ledande elektronerna på ytan av topologiska isolatorer har en unik koppling mellan deras snurrningar och laddningar.
Denna koppling kan ge upphov till nya typer av solid state -enheter, inklusive mindre magnetiska komponenter vars logik kan bytas med hjälp av nanoskala spinnströmmar.
