Finlandiya'daki Jyväskylä ve Aalto üniversitelerinden fizikçiler, bilim insanlarının on yıldan fazla süredir hayalini kurduğu iki boyutlu topolojik kristal yalıtkanı oluşturdu. Niobyum diselenid (NbSe₂) alt taban üzerine iki katmanlı kalay tellürürden (SnTe) atomik incelikte bir film büyüttüler. Bu, öngörülen yapının ilk deneysel gerçekleştirilmesidir ve oda sıcaklığında çalışan kuantum cihazlarının yolunu açmaktadır.
Başarının anahtarı, filmin alt taban tarafından sıkıştırılmasından kaynaklanan gerilimdir. Topolojik durumu stabilize eden tam da bu gerilimdir. Malzemede kristal kafes simetrisiyle korunan iletken kenar durumları çiftleri ortaya çıkar. Elektronlar kenarlar boyunca kayıpsız hareket ederken, iç kısımda genişliği 0,2 elektron-volttan fazla olan büyük bir yasak bant kalır.
Araştırmacılar, bu durumları atomik hassasiyetle görmek için moleküler ışın epitaksisi ve düşük sıcaklıkta taramalı tünelleme mikroskobunu kullandılar. Kuantum mekaniksel hesaplamalar, bunların topolojik kökenini doğruladı. Ayrıca kenar durumları, deformasyon değiştirilerek ayarlanabilir — bu da elektronik özellikleri yönetmek için pratik bir yol sunar.
Yasak bant genişliğinin büyük olması, topolojik özelliklerin oda sıcaklığında bile korunabileceğini umut ettirmektedir. Malzeme, kuantum etkilerinin kriyojenik soğutma olmadan çalıştığı geleceğin spintroniği ve nano cihazları için bir platform haline gelebilir.
Komşu kenar durumları elektrostatik kuvvetler ve kuantum tünellemesi yoluyla etkileşir; bu da incelenebildi. Doçent Kesilbeyek Şavulienu liderliğindeki ekip, profesörler Peter Liljeroth ve Jose Lado ile işbirliği içinde sonuçları Nature Communications'da yayımladı.
Artık fizikçilerin deforme edilebilen ve ayarlanabilen gerçek bir numunesi var — bir gün cihazlarımızda yer alacak kuantum elektroniğine doğru bir adım.
