Los físicos de NUS han encontrado una nueva forma de crear y ajustar los estados de los bordes topológicos en aislantes topológicos (TI) bidimensionales (2-D) para posibles aplicaciones de dispositivos espintrónicos.

Un TI es un material que se comporta como aislante en su interior, pero cuya superficie contiene estados conductores, lo que significa que los electrones solo pueden moverse a lo largo de la superficie del material. Similar, un 2-D TI es un material 2-D aislante, pero cuyos electrones pueden moverse a lo largo de sus bordes. Los TI 2-D son candidatos prometedores para dispositivos y dispositivos electrónicos de espín con una disipación de energía mínima / insignificante, como las computadoras cuánticas y los dispositivos electrónicos de energía ultrabaja. Sin embargo, la fabricación de TI robustas y el ajuste confiable de sus estados topológicos son un desafío. En particular, Se predice que el bismuteno 2-D (monocapa de bismuto con una estructura atómica de panal) es el mejor candidato para un TI 2-D, pero aún no se ha realizado la preparación de modos independientes en una sola capa de bismuteno, y se desconoce la influencia del sustrato en los estados topológicos.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Andrew WEE del Departamento de Física, NUS ha creado con éxito una homoestructura de bismuteno utilizando epitaxia de haz molecular (MBE). Usando este método de deposición a baja temperatura, se puede cultivar una sola capa de bismuteno sobre una sola capa de bismuto similar al fósforo negro (BP-Bi) para formar una homoestructura vertical con diferentes ángulos de rotación entre las dos capas. Como las dos capas de la homoestructura tienen diferentes disposiciones de átomos, Se observa que la interacción entre capas entre estas dos capas se reduce en gran medida y se altera periódicamente. Esto da como resultado una monocapa de bismuteno casi independiente con estados de borde topológicos sintonizables.

Los patrones de muaré son patrones de interferencia de área grande que se producen cuando una celosía periódica se superpone a otra celosía similar, típicamente en un ángulo de rotación relativo pequeño. Este método novedoso de usar el patrón de muaré formado al girar dos materiales 2-D entre sí se puede usar potencialmente para controlar intencionalmente el rendimiento del dispositivo.

Dr. GOU Jian, un investigador del equipo, explicado, "A diferencia de los semiconductores 3-D donde las propiedades electrónicas se ajustan mediante la introducción de átomos de dopaje, las propiedades de los materiales bidimensionales atómicamente delgados se modifican fácilmente mediante átomos dopantes. Por eso, la observación de la modulación del estado topológico mediante una homoestructura de bismuteno ofrece un método libre de daños para controlar los estados electrónicos en dispositivos 2-D TI ".

"El apasionante campo de twistronics se ha demostrado recientemente en el grafeno, y este trabajo sobre bismuthene revela su belleza al descubrir los estados de borde topológicos en un material 2-D, "añadió el profesor Wee.

El equipo planea investigar más a fondo estos nuevos patrones de muaré, con la esperanza de realizar un ajuste más sólido de los estados electrónicos en TI 2-D.