Fińscy fizycy po raz pierwszy urzeczywistnili materiał kwantowy przewidziany ponad dekadę temu

Edytowane przez: Svitlana Velhush

Fizycy z uniwersytetów w Jyväskylä i Aalto w Finlandii stworzyli dwuwymiarowy topologiczny izolator krystaliczny — materiał, o którym naukowcy marzyli od ponad dekady. Wyhodowali atomowo cienką warstwę złożoną z dwóch warstw tellurku cyny (SnTe) na podłożu z diselenku niobu (NbSe₂). To pierwsza eksperymentalna realizacja przewidzianej struktury, która otwiera drogę do urządzeń kwantowych działających w temperaturze pokojowej.

Kluczem do sukcesu jest naprężenie powstające w wyniku ściskania warstwy przez podłoże. To ono stabilizuje stan topologiczny. W materiale pojawiają się pary przewodzących stanów brzegowych, chronionych symetrią sieci krystalicznej. Elektrony poruszają się po krawędziach bez strat, a wewnątrz pozostaje szeroka przerwa wzbroniona o szerokości większej niż 0,2 elektronowoltów.

Badacze wykorzystali epitaksję z wiązek molekularnych oraz niskotemperaturową skaningową mikroskopię tunelową, aby zobaczyć te stany z atomową precyzją. Obliczenia mechaniki kwantowej potwierdziły ich topologiczne pochodzenie. Co więcej, stany brzegowe można dostrajać, zmieniając odkształcenie — daje to praktyczny sposób sterowania właściwościami elektronowymi.

Duża szerokość przerwy wzbronionej pozwala mieć nadzieję, że właściwości topologiczne zachowają się nawet w temperaturze pokojowej. Materiał może stać się platformą dla spintroniki i nanourządzeń przyszłości, w których efekty kwantowe działają bez chłodzenia kriogenicznego.

Sąsiednie stany brzegowe oddziałują ze sobą poprzez siły elektrostatyczne i tunelowanie kwantowe, co również udało się zbadać. Zespół pod kierownictwem doktora habilitowanego Kezilbeyeka Shawulienu we współpracy z profesorami Peterem Liljerothem i José Lado opublikował wyniki w Nature Communications.

Teraz fizycy mają realną próbkę, którą można odkształcać i dostrajać — krok ku elektronice kwantowej, która kiedyś trafi do naszych gadżetów.

8 Wyświetlenia

Źródła

  • Physicists finally build a quantum material predicted more than a decade ago

Komentarze

Czytaj więcej artykułów na ten temat:

Czy materia istnieje?-2

Czy materia istnieje?

HKUST Researchers Redraw the Boundary between Phases of Matter A research team led by Prof. Haruki WATANABE, Professor in the Department of Physics and the Jockey Club Institute for Advanced Study (IAS) at HKUST, in collaboration with Prof. Yukitoshi MOTOME and graduate student

Image
Reply
Czy znalazłeś błąd lub niedokładność?Rozważymy Twoje uwagi tak szybko, jak to możliwe.