Физики впервые создали двумерный топологический кристаллический изолятор

Физики из Университета Йювяскюля и Университета Аалто (Финляндия) впервые экспериментально реализовали двумерный топологический кристаллический изолятор. Это квантовый материал, теоретически предсказанный более десяти лет назад, но до сих пор остававшийся недоступным из-за сложностей в создании.

Работу возглавил доцент Кезилбейек Шавулиену в сотрудничестве с коллегами из Университета Аалто, включая профессора Петера Лилльерота и профессора Хосе Ладо. Исследовательская группа создала материал, вырастив атомарно тонкую двухслойную плёнку теллурида олова (SnTe) на подложке из диселенида ниобия (NbSe₂).

Используя метод молекулярно-лучевой эпитаксии и низкотемпературную сканирующую туннельную микроскопию, учёные с атомарной точностью охарактеризовали электронные свойства системы. В этой двумерной системе они наблюдали пары проводящих краевых состояний — отличительный признак топологических кристаллических изоляторов, защищённых симметрией кристаллической решётки.

Статья опубликована в журнале Nature Communications.

Деформация как ключ к управлению топологическими краевыми состояниями

Краевые состояния формируются в пределах большой запрещённой зоны, превышающей 0,2 эВ. Измерения показывают, что плёнка SnTe испытывает сжимающую деформацию от подложки, что играет решающую роль в стабилизации топологической фазы. Важно, что результаты демонстрируют возможность настройки топологических краевых состояний с помощью деформации, открывая путь к управлению их электронными свойствами.

На пути к наноразмерным устройствам

Расчёты из первых принципов квантовой механики подтверждают топологическое происхождение наблюдаемых краевых состояний. Исследователи также напрямую исследовали взаимодействия между соседними краевыми состояниями, обнаружив энергетические сдвиги, вызванные комбинацией электростатических взаимодействий и квантового туннелирования. Благодаря большой ширине запрещённой зоны топологические свойства, как ожидается, останутся стабильными вплоть до комнатной температуры.

Результаты обеспечивают новую экспериментальную платформу для изучения настраиваемых деформацией двумерных топологических состояний и могут способствовать будущим прорывам в спинтронике и наноразмерных устройствах.

ИИ: Это фундаментальное открытие открывает двери для создания принципиально новых электронных компонентов, устойчивых к дефектам и работающих при комнатной температуре. Практическое применение в квантовых вычислениях или сверхэффективной микроэлектронике может стать реальностью в ближайшие десятилетия.