Fysiker upptäcker världens första naturligt förekommande topologiska isolator

Topologiska isolatorer är ett av de mer spännande nya materialen inom vetenskapen. Det här är konstigt eftersom det är en ledare på ytan men en isolator inuti, snarare som ett isblock där smältvatten strömmar runt utsidan men fångas som ett fast ämne i mitten.



Men topologiska isolatorer har en annan egenskap. Elektronerna som strömmar över ytan av en topologisk isolator är alla inriktade på ett specifikt sätt. Faktum är att deras snurr är låsta i rät vinkel mot deras rörelseriktning.

Denna spin-momentum-låsning innebär att elektronerna är immuna mot den stöt som de skulle få inuti en vanlig ledare. Istället kan elektronerna röra sig genom perfekta topologiska isolatorer med 100 procents effektivitet, även vid rumstemperatur.





färg för de färgblinda glasögonen

Det unika beteendet har retat både fysiker och elektronikingenjörer. Det betyder att topologiska isolatorer kan utgöra grunden för en helt ny generation av elektroniska enheter som kodar information med hjälp av både spinn och laddningen av en elektron.

Men det finns ett problem. Topologiska isolatorer är få och långt mellan. Fysiker förutspådde deras existens i fasta ämnen 2005 och syntetiserade det första exemplet 2008 - en komplex kristallin struktur baserad på vismutantimonid. Men svårigheten att göra andra exempel är ett allvarligt problem för spintronics framväxande teknologi.

glöd i mörkret hund crispr

Det ser ut att förändras. Idag har Pascal Gehring vid Max Planck Institute for Solid State Research i Stuttgart och några kompisar hittat det första exemplet på en naturligt förekommande topologisk isolator i ett prov av kvarts från en gruva i Tjeckien. Upptäckten väcker utsikterna att andra naturligt förekommande material också kan vara topologiska isolatorer.



Det nya materialet är ett grått metalliskt mineral som heter Kawazulite som är tillverkat av vismut, tellur, selen och svavel. Namnet kommer från Kawazu-gruvan i Japan, där det först upptäcktes.

Med tanke på kawazulites kristallstruktur har materialforskare misstänkt att den kan fungera som en topologisk isolator. De har faktiskt syntetiserat sakerna i labbet och mätt dess egenskaper för att ta reda på det.

I alla fall misslyckades den förutspådda topologiska isoleringen att materialiseras på grund av defekter i det syntetiserade materialets struktur.

Nu har Gehring och co skapat enkristallina ark av mineralet genom att klyva dem från en naturligt förekommande kristall. När de mätte egenskaperna hos detta ark visade det sig vara en ledare på ytan och en isolator inuti, precis som förutspått.



seth priebatsch nettovärde

Teamet spekulerar i att naturligt förekommande kawazulit har färre defekter än sin syntetiska kusin eftersom den är så gammal: alla defekter har tappat ur strukturen under de miljontals år sedan den bildades.

Frågan är nu om det är möjligt att göra tillräckligt många enkristallplåtar av naturligt förekommande kawazulit för att göra det möjligt för fysiker som arbetar med nästa generations spintroniska enheter att ta sig igenom det här.

Om de kan fullända dessa enheter kan elektronikindustrin en dag komma att förlita sig på naturligt förekommande topologiska isolatorer från kvartsgruvor i Japan och utanför.

Ref: arxiv.org/abs/1311.6637 : En naturlig topologisk isolator

Dölj

Faktisk Teknik

Kategori

Okategoriserad

Teknologi

Bioteknik

Teknisk Policy

Klimatförändring

Människor Och Teknik

Silicon Valley

Datoranvändning

Mit News Tidningen

Artificiell Intelligens

Plats

Smarta Städer

Blockchain

Huvudartikel

Alumnprofil

Alumnikoppling

Mit News-Funktion

1865

Min Syn

77 Mass Ave

Möt Författaren

Profiler I Generositet

Ses På Campus

Alumnbrev

Nyheter

Val 2020

Med Index

Under Kupolen

Brandslang

Oändliga Berättelser

Pandemic Technology Project

Från Presidenten

Cover Story

Fotogalleri

Rekommenderas