Atomiskt tunna lager av halvmetall -wolfram -ditellurid leder elektriskt förlustfritt längs smala, endimensionella kanaler vid kristallkanterna. Materialet är därför en topologisk isolator av andra ordningen. Genom att få experimentella bevis på detta beteende, fysiker från universitetet i Basel har utökat poolen av kandidatmaterial för topologisk supraledning. Resultaten har publicerats i tidskriften Nano bokstäver .

Topologiska isolatorer representerar ett viktigt forskningsområde eftersom de potentiellt kan användas som supraledare i framtidens elektronik. Material av detta slag beter sig som isolatorer på insidan, medan deras ytor har metalliska egenskaper och leder elektricitet. En tredimensionell kristall av en topologisk isolator leder därför elektricitet på dess yta, medan ingen ström kan flyta inuti. Dessutom, på grund av kvantmekanik, konduktiviteten på ytan är nästan förlustfri - elen leds över långa sträckor utan värmeproduktion.

Förutom dessa material, det finns en annan klass som kallas andra ordens topologiska isolatorer. Dessa tredimensionella kristaller har ledande, endimensionella kanaler som löper längs endast vissa kristallkanter. Material av detta slag är särskilt väl lämpade för potentiella applikationer inom kvantberäkning.

Teoretisk förutsägelse

Experter antar att halvmetallvismen visar några av egenskaperna hos ett andra ordens topologiskt material. Dessutom, forskare har också - från teorin - förutspått att atomiskt tunna lager av en annan halvmetall, volfram ditellurid (WTe ₂ ), kommer att bete sig som topologiska isolatorer av andra ordningen-med andra ord, de kommer att leda elektricitet förlustfritt i kanterna medan resten av lagret beter sig som en isolator.

Teamet som leds av professor Christian Schönenberger vid Institutionen för fysik och Swiss Nanoscience Institute vid universitetet i Basel har nu analyserat små wolframditelluridkristaller som består av mellan ett och 20 lager. För att bestämma materialets elektriska egenskaper, de fäst supraledande kontakter till den innan de applicerade ett magnetfält. Eftersom materialet var känsligt för oxidation, forskarna arbetade i en speciell syrefattig låda och belagde volfram ditelluriden med en annan kristall, som var stabil i luften.

Karakteristiska svängningar

Genom att analysera strömflödet i huvudkristallen, forskarna upptäckte många långsamt förfallna svängningar. "Medan en enhetlig strömfördelning leder till snabbt förfallna svängningar, de extremt ledande kanttillstånden genererar starkt oscillerande, långsamt förfallna strömmar som de vi mätte, "förklarar doktor Artem Kononov, första författare till studien och Georg H. Endress -stipendiat vid Institutionen för fysik. "Den enda möjliga förklaringen till våra resultat är att en stor bråkdel av strömmen flyter längs de smala kanterna."

"Dessa observationer stöder teoretiska förutsägelser om att volfram ditellurid är ett topologiskt material av högre ordning. Detta öppnar nya möjligheter för topologisk supraledning, som kan ha applikationer inom områden som kvantberäkning, säger Christian Schönenberger, som undersöker topologisk supraledning i staplar av vissa tvådimensionella material som en del av ett ERC-projekt.