Uma imagem MIM típica próxima ao canto de um floco WTe2 de monocamada. As linhas em ziguezague brilhantes indicam características de condução precisamente nas bordas da monocamada WTe2. Crédito:Cui lab, UC Riverside.
Uma equipe de pesquisa composta por cientistas da Universidade da Califórnia, Riverside, e a Universidade de Washington, pela primeira vez, obteve imagens diretas da "condução de borda" em monocamada de ditelureto de tungstênio, ou WTe 2 , um isolante topológico 2-D recém-descoberto e material quântico.
A pesquisa possibilita explorar esse recurso de condução de borda para construir dispositivos eletrônicos mais eficientes em termos de energia.
Em um condutor típico, a corrente elétrica flui por toda parte. Isoladores, por outro lado, não conduza eletricidade prontamente. Em isoladores topológicos, um tipo especial de material, o interior funciona como um isolante, mas os limites de tais materiais são garantidamente condutores devido à sua propriedade topológica, resultando em um recurso chamado "condução de borda topológica".
Topologia é o estudo matemático das propriedades de uma figura geométrica ou sólido que não se altera ao se esticar ou dobrar. A aplicação deste conceito a materiais eletrônicos leva a descobertas de muitos fenômenos interessantes, incluindo condução de borda topológica. Funcionando como estradas de elétrons, canais de condução de borda topológica permitem que os elétrons viajem com pouca resistência. Avançar, porque os canais de borda podem ser potencialmente muito estreitos, dispositivos eletrônicos podem ser miniaturizados.
Os resultados do estudo aparecem hoje em Avanços da Ciência .
Yongtao Cui é professor assistente de física e astronomia na UC Riverside. Crédito:I. Pittalwala, UC Riverside.
"Foi demonstrado que vários materiais são isolantes topológicos 3-D, "disse Yongtao Cui, um professor assistente de física e astronomia na UCR, quem liderou a pesquisa. "Mas isoladores topológicos 2-D são raros. Vários experimentos recentes estabeleceram que a monocamada WTe 2 é o primeiro isolante topológico 2-D atomicamente fino. "
Cui explicou que, para um isolador topológico 3-D, a condução aparece em suas superfícies; para um material semelhante a uma folha 2-D, tais características condutoras estão simplesmente nas bordas da folha.
O laboratório de Cui usou uma nova técnica experimental chamada Microscopia de Impedância de Microondas, ou MIM, para obter uma imagem direta da condução nas bordas da monocamada WTe 2 .
"Nossos resultados confirmam inequivocamente a condução de borda neste material promissor, "Cui disse.
Embora WTe 2 sabe-se que existe há décadas, o interesse por este material aumentou apenas nos últimos anos devido às suas exóticas propriedades físicas e eletrônicas descobertas usando a física topológica. WTe 2 camadas são empilhadas juntas por meio de interações de van der Waals e podem ser facilmente esfoliadas em finas, 2-D, folhas semelhantes ao grafeno.
Ilustração da configuração da medição. O floco WTe2 monocamada fica sobre um substrato de SiO2 / Si e é coberto por um floco hexagonal de nitreto de boro (hBN) para protegê-lo da degradação. Crédito:Cui lab, UC Riverside.
“Além da condução nas bordas em monocamada WTe 2 , também descobrimos que os canais condutores podem se estender para o interior do material, devido a imperfeições, como rachaduras, "Cui disse." Nossas observações apontam para novas maneiras de controlar e projetar tais canais de condução por meios mecânicos ou químicos. "
Os colaboradores de Cui na Universidade de Washington prepararam a monocamada WTe 2 amostras. No UCR, seu laboratório realizou a medição MIM, que envolveu o envio de um sinal elétrico de microondas para uma ponta de metal afiada, e posicionar a ponta perto da superfície da monocamada WTe 2 . Ao resolver o sinal de micro-ondas devolvido pela amostra, os pesquisadores puderam determinar se a região da amostra diretamente abaixo da ponta era condutora ou não.
"Escaneamos a ponta em toda a amostra e mapeamos diretamente a condutividade local, "Cui disse." Realizamos todas as medições em temperaturas criogênicas, necessário para monocamada WTe 2 para exibir a propriedade topológica. As propriedades topológicas da monocamada WTe 2 pode servir potencialmente como uma plataforma para realizar operações essenciais em computação quântica. "
O laboratório de Cui já está explorando novas maneiras de manipular os canais de condução de borda e física topológica em monocamada WTe 2 .
"Estamos investigando se o empilhamento de monocamada WTe 2 com outros materiais 2-D pode alterar sua propriedade topológica, "disse ele." Também estamos usando métodos mecânicos e químicos para criar redes de canais de condução. A técnica MIM que usamos oferece um meio poderoso para caracterizar os canais de condução em materiais topológicos, como a monocamada WTe 2 . "
