Os físicos do NUS descobriram uma nova maneira de criar e ajustar os estados de borda topológicos em isoladores topológicos (TIs) bidimensionais (2-D) para potenciais aplicações de dispositivos spintrônicos.

Um TI é um material que se comporta como isolante em seu interior, mas cuja superfície contém estados condutores, o que significa que os elétrons só podem se mover ao longo da superfície do material. De forma similar, um TI 2-D é um material 2-D isolante, mas cujos elétrons podem se mover ao longo de suas bordas. TIs 2-D são candidatos promissores para dispositivos e eletrônicos de spin com dissipação de energia mínima / insignificante, como computadores quânticos e dispositivos eletrônicos de energia ultrabaixa. Contudo, a fabricação de TIs robustos e o ajuste confiável de seus estados topológicos são desafiadores. Em particular, O bismuteno 2-D (monocamada de bismuto com uma estrutura atômica em favo de mel) é previsto como o melhor candidato para um TI 2-D, mas a preparação de modos independentes em uma única camada de bismuteno ainda não foi realizada, e a influência do substrato nos estados topológicos é desconhecida.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof Andrew WEE do Departamento de Física, A NUS criou com sucesso uma homoestrutura de bismuteno usando epitaxia de feixe molecular (MBE). Usando este método de deposição de baixa temperatura, uma única camada de bismuteno pode ser cultivada em uma única camada de bismuto tipo fósforo preto (BP-Bi) para formar uma homoestrutura vertical com diferentes ângulos de rotação entre as duas camadas. Como as duas camadas da homoestrutura têm diferentes arranjos de átomos, observa-se que a interação intercamada entre essas duas camadas é amplamente reduzida e alterada periodicamente. Isso resulta em uma monocamada de bismuteno quase independente com estados de borda topológicos ajustáveis.

Os padrões de moiré são padrões de interferência de grande área produzidos quando uma rede periódica é sobreposta em outra rede semelhante, normalmente em um pequeno ângulo de rotação relativo. Este novo método de usar o padrão moiré formado pela rotação de dois materiais 2-D em relação um ao outro pode ser usado para controlar o desempenho do dispositivo de forma intencional.

Dr. GOU Jian, um pesquisador da equipe, explicado, "Ao contrário dos semicondutores 3-D, onde as propriedades eletrônicas são ajustadas pela introdução de átomos de dopagem, as propriedades de materiais 2-D atomicamente finos são facilmente modificadas por átomos dopantes. Portanto, a observação da modulação do estado topológico por uma homoestrutura de bismuteno oferece um método livre de danos para controlar os estados eletrônicos em dispositivos TI 2-D. "

"O campo empolgante da twistrônica foi recentemente demonstrado no grafeno, e este trabalho sobre o bismuteno revela sua beleza ao descobrir os estados de borda topológicos em um material 2-D, "acrescentou o Prof Wee.

A equipe planeja investigar mais a fundo esses novos padrões de moiré, na esperança de realizar um ajuste mais robusto dos estados eletrônicos em TIs 2-D.