Jyväskylän yliopiston ja Aalto-yliopiston tutkijat ovat toteuttaneet kokeellisesti kaksiulotteisen topologisen kide-eristeen. Kvanttimateriaali on tunnettu teoreettisesti jo yli kymmenen vuotta, mutta käytännön sovellus onnistui vasta nyt.
Suomalaisyliopistot loivat materiaalin kasvattamalla atomaarisen ohuen tinatelluridikalvon (SnTe) niobiumdiselenidisubstraatille (NbSe₂).
Mullistavaa työtä johti Jyväskylän yliopiston apulaisprofessori Kezilebieke Shawulienu. Aalto-yliopistosta mukana olivat professori Peter Liljerothin ja professori Jose Ladon ryhmät.
Molekyylisuihkuepitaksiaan perustuvan materiaalikasvatuksen jälkeen tutkijat karakterisoivat järjestelmän sähköiset ominaisuudet atomitasolla matalan lämpötilan tunnelointimikroskopian avulla.
He havaitsivat SnTe-saarekkeiden reunoilla johtavia reunatiloja. Ne ovat topologisten kide-eristeiden tunnusmerkkejä, jotka ovat kidehilan symmetrian suojaamia. Reunatilat muodostuivat SnTe-kalvon sähköisen energia-aukon sisään.
Mittauksissa selvisi, että SnTe-kalvo kokee alla olevan substraatin aiheuttaman puristusjännityksen, jolla on ratkaiseva merkitys topologisen faasin vakauttamisessa.
Ryhmän tulokset osoittavat, että topologisia reunatiloja voidaan säätää jännityksen avulla, mikä tarjoaa keinon hallita niiden sähköisiä ominaisuuksia.
Kohti nanokokoisia laitteita
Kvanttimekaaniset simulaatiot vahvistavat havaittujen reunatilojen topologisen alkuperän.
Tutkijat selvittivät myös viereisten reunatilojen välistä vuorovaikutusta ja paljastivat sähköstaattisen vuorovaikutuksen ja kvanttitunneloinnin yhdistelmän aiheuttamat energiasiirtymät.
Reunatilat ovat poikkeuksellisen suuressa 0,2 elektronivoltin energia-aukossa, joten topologiset ominaisuudet säilynevät myös huoneenlämpötilassa.
Tulokset voivat mahdollistaa uusia edistysaskelia spin-pohjaisen elektroniikan ja nanomitan laitteiden kehityksessä.
Tutkimus on julkaistu Nature Communications -lehdessä.
Tilaa Kemiamedian uutiskirje!
Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista. Osallistut samalla arvontaan!
