Os pesquisadores da FLEET alcançaram um marco significativo na busca por um transistor topológico funcional em 2017, usar um campo elétrico aplicado para alternar o modo de condução eletrônico de um material topológico.

Um eletrodo 'gate' foi usado para mudar o modo de condução no material topológico Na ₃ Bi.

N / D ₃ Bi é um semimetal Topológico de Dirac (TDS), um material que foi referido como 'grafeno 3-D. "

"Elétrons viajando dentro de um TDS se comportam de forma semelhante ao grafeno, movendo-se relativisticamente (ou seja, como se não tivessem massa), "explica o investigador associado da FLEET, Dr. Mark Edmonds, um co-autor no artigo.

O modo de condução no TDS foi alternado entre condução 'tipo n' (em que a corrente é transportada por elétrons) e condução 'tipo p' (em que a corrente é transportada por orifícios - efetivamente, elétrons ausentes).

O trabalho representou o primeiro sucesso, simples, transistor de filme fino feito de um semimetal topológico e o primeiro transistor feito de Na ₃ Bi.

Como o primeiro transistor feito de qualquer semimetal Dirac topológico em estado sólido, forma de filme fino, isso mostra que a tecnologia pode ser processada em dispositivos eletrônicos em grandes áreas.

Como a primeira demonstração de que as propriedades eletrônicas podem ser manipuladas com sucesso por um campo elétrico aplicado, também foi um passo no caminho para os mais complexos, transistores topológicos selecionáveis.

No complexo, transistores topológicos selecionáveis, a chave é a capacidade de trocar um material entre um isolador convencional, e o estado topológico. Idealmente, tal comutação seria realizada por meio de um campo elétrico induzido por uma voltagem aplicada ao eletrodo da porta do transistor.

Essa tecnologia usaria um semimetal de Dirac topológico como o material do canal, equilibrado entre um isolador convencional e um isolante topológico.

"Esses resultados tornam o semimetal Na de Dirac topológico ₃ Bi uma plataforma incrivelmente fértil para explorar algumas áreas novas muito interessantes da física, "diz o aluno de Ph.D. da FLEET James Collins, um co-autor do estudo.

"Significa Na ₃ Bi é um ponto de partida ideal para realizar o controle sobre as propriedades topológicas de um material. "

Este trabalho é, portanto, um passo significativo em direção a dois objetivos principais para o Tema 1 de Pesquisa da FLEET, que busca desenvolver caminhos eletrônicos de ultra-baixa resistência por meio de materiais topológicos:

• Um isolador topológico atomicamente fino com bandgap maior que 77 graus Kelvin
• Mudança bem-sucedida de um isolador convencional para um isolador topológico.

O projeto representou uma colaboração interdisciplinar de sucesso entre especialistas em crescimento de filme fino e caracterização eletrônica da Monash University, e modelagem teórica liderada pelo pesquisador associado da FLEET, Dr. Shaffique Adam, da Universidade Nacional de Cingapura.

O estudo foi publicado em Materiais de revisão física em outubro de 2017, Vol. 1, edição 5.

Transistores topológicos e FLEET

A troca bem-sucedida de um material de isolador convencional para isolador topológico é um passo importante em direção aos transistores topológicos.

Isoladores topológicos são novos materiais que se comportam como isolantes elétricos em seu interior, mas pode levar uma corrente ao longo de suas bordas. Ao contrário de um caminho elétrico convencional, tais caminhos de borda topológicos podem transportar corrente elétrica com dissipação de energia quase zero, o que significa que os transistores topológicos podem alternar sem queimar energia. Os materiais topológicos foram reconhecidos no Prêmio Nobel de Física de 2016.

Transistores topológicos iriam 'mudar, "assim como um transistor tradicional. A aplicação de um potencial de porta mudaria os caminhos de borda em um Na ₃ Bi channel entre ser um isolante topológico ('ligado') e um isolador convencional ('desligado').