Geometría de medición de transporte:medición de una superficie V:BSSTS recién cortada. Crédito:FLOTA
Desde su descubrimiento en 2006, Los aislantes topológicos se han discutido ampliamente como una vía prometedora para la electrónica energéticamente eficiente. Sus estados de borde únicos de alta movilidad tienen una forma de "armadura cuántica" que los protege de los eventos de dispersión de electrones que de otro modo producirían calor residual.
Desafortunadamente, Las aplicaciones prácticas de los aislantes topológicos se han visto severamente limitadas por los pequeños huecos de banda electrónicos en la mayoría de los materiales conocidos. Esto significa que si bien funcionan bien a temperaturas muy bajas al producir electrones de superficie altamente móviles, a temperaturas más altas, dominan los estados electrónicos a granel, y estos no son mejores que en otros semiconductores tradicionales.
Ahora, un equipo dirigido por el profesor Xiaolin Wang (UOW) en colaboración con Michael Fuhrer (Monash), han combinado química inteligente y mediciones electrónicas avanzadas para desarrollar un nuevo aislante topológico con una banda prohibida "amplia" de más de 300 meV, que es 12 veces mayor que la energía térmica de un sistema de temperatura ambiente.
El autor principal del estudio, un Weiyao Zhao, un doctorado estudiante de Wollongong explica, "El aspecto especial de este material es la combinación de una banda prohibida amplia, y la existencia de un estado de superficie robusto ".
Estudios anteriores han sugerido que la sustitución de azufre en un Sb 2 Te 3 o Bi 2 Te 3 los aislantes topológicos resultarían en una banda prohibida más grande. Sin embargo, esto es muy difícil en la práctica porque la estructura cristalina se vuelve inestable debido al desajuste de tamaño de los átomos.
Para lograr la estabilidad, Zhao utilizó un esquema basado en la co-sustitución de azufre equilibrado por una pequeña cantidad de iones de vanadio y estaño más grandes, lo que resultó en el material complejo Vx:Bi 1.08 -xSn 0,02 Sb 0,9 Te 2 S. A veces, los físicos y los químicos se refieren en broma a tales compuestos como compuestos de "números de teléfono" debido a sus largas fórmulas químicas.
Cristal aislante topológico a gran escala. Crédito:FLOTA
Este compuesto fue la culminación de dos años de experimentación por Zhao, que se encuentra ahora en el último año de su doctorado. en Wollongong.
Un hallazgo clave fue la clara evidencia de un aumento de la brecha de banda que escala con el contenido de vanadio. En tándem, utilizando una técnica de transporte basada en la observación de oscilaciones cuánticas para campos magnéticos en diferentes ángulos, el equipo pudo demostrar que el estado de la superficie es activo hasta las grandes temperaturas de 50 K. Esto coloca al material a la par con los aislantes topológicos más conocidos.
Con la gran banda prohibida intrínseca, existen grandes perspectivas de aumentar aún más las temperaturas operativas mediante la reducción de las concentraciones de defectos y el despliegue de técnicas de nanofabricación.
El profesor Wang dijo:"Podemos observar el estado de la superficie 2-D topológico robusto a una temperatura tan alta como 50K en campos magnéticos de hasta 14 Tesla en cristales aislantes topológicos de gran tamaño. Esto es notable, ya que los grandes cristales aislantes topológicos tridimensionales se pueden utilizar como una nueva clase de sustrato para albergar nuevos estados cuánticos como los fermiones de Majorana y otros efectos dependientes del espín ".
Este desarrollo encaja con el tema de la tecnología habilitadora dentro de FLEET que tiene como objetivo desarrollar materiales que puedan operar a alta temperatura para reemplazar el silicio en las tecnologías informáticas.
El papel, "Oscilaciones cuánticas de estados de superficie topológicos robustos de hasta 50 K en aislante topológico de aislamiento a granel grueso, "fue publicado en Materiales cuánticos npj .
