Geometria de medição de transporte:medindo uma superfície V:BSSTS recém-clivada. Crédito:FLEET
Desde sua descoberta em 2006, Os isoladores topológicos têm sido amplamente discutidos como um caminho promissor para a eletrônica eficiente em energia. Seus estados de borda de alta mobilidade exclusivos têm uma forma de "armadura quântica" que os protege de eventos de espalhamento de elétrons que, de outra forma, produziriam calor residual.
Infelizmente, aplicações práticas de isoladores topológicos têm sido severamente limitadas pelos pequenos bandgaps eletrônicos na maioria dos materiais conhecidos. Isso significa que, embora funcionem bem em temperaturas muito baixas, produzindo elétrons de superfície altamente móveis, em temperaturas mais altas, os principais estados eletrônicos dominam, e estes não são melhores do que em outros semicondutores tradicionais.
Agora, uma equipe liderada pelo professor Xiaolin Wang (UOW) em colaboração com Michael Fuhrer (Monash), combinaram química inteligente e medições eletrônicas avançadas para desenvolver um novo isolador topológico com um intervalo de banda "amplo" de acima de 300 meV, que é 12 vezes maior do que a energia térmica de um sistema de temperatura ambiente.
O principal autor do estudo, um Weiyao Zhao, um Ph.D. estudante em Wollongong explica, "O aspecto especial deste material é a combinação de uma ampla lacuna, e a existência de um estado de superfície robusto. "
Estudos anteriores sugeriram que a substituição de enxofre em um Sb 2 Te 3 ou Bi 2 Te 3 isoladores topológicos resultariam em um gap maior. Contudo, isso é muito difícil na prática porque a estrutura do cristal se torna instável devido à incompatibilidade de tamanho dos átomos.
Para alcançar estabilidade, Zhao usou um esquema baseado na co-substituição de enxofre balanceada por uma pequena quantidade de íons de vanádio e estanho maiores, resultando no material complexo Vx:Bi 1.08 -xSn 0,02 Sb 0.9 Te 2 S. Tais compostos são algumas vezes chamados de compostos de "número de telefone" por físicos e químicos devido às suas longas fórmulas químicas.
Cristal isolante topológico em larga escala. Crédito:FLEET
Este composto foi o culminar de dois anos de experimentação por Zhao, que está agora no último ano de seu doutorado. em Wollongong.
Uma descoberta importante foi a evidência clara de um gap crescente que aumenta com o conteúdo de vanádio. Em conjunto, usando uma técnica de transporte baseada na observação de oscilações quânticas para campos magnéticos em diferentes ângulos, a equipe foi capaz de demonstrar que o estado da superfície é ativo até altas temperaturas de 50 K. Isso coloca o material no mesmo nível dos isolantes topológicos mais conhecidos.
Com a grande lacuna de banda intrínseca, há fortes perspectivas de aumentar ainda mais as temperaturas operacionais por meio da redução das concentrações de defeitos e implantação de técnicas de nanofabricação.
O professor Wang disse "Somos capazes de observar o robusto estado de superfície topológica 2-D em temperaturas de até 50K em campos magnéticos de até 14 Tesla em cristais isolantes topológicos de grande porte. Isso é notável, como grandes cristais isolantes topológicos 3-D podem ser usados como uma nova classe de substrato para hospedar novos estados quânticos, como férmions de Majorana e outros efeitos dependentes de spin. "
Este desenvolvimento se encaixa no tema de capacitação de tecnologia dentro da FLEET, que visa desenvolver materiais que podem operar em alta temperatura para substituir o silício em tecnologias de computação.
O papel, "Oscilações quânticas de estados de superfície topológica robusta de até 50 K em isolador topológico isolante grosso, "foi publicado em npj Quantum Materials .
