Da decenni gli scienziati sono alla ricerca di nuovi materiali che potrebbero rivoluzionare l’elettronica. Un candidato promettente è una classe di materiali noti come isolanti topologici, che hanno il potenziale di condurre elettricità con pochissima resistenza. Ciò potrebbe renderli ideali per l’uso nei transistor di prossima generazione, che sono gli elementi costitutivi di base di tutti i dispositivi elettronici.

In un nuovo studio, i ricercatori dell’Università della California, Berkeley, hanno scoperto un nuovo modo in cui gli elettroni viaggiano attraverso gli isolanti topologici. Questa scoperta potrebbe fornire spunti su come progettare isolanti topologici con proprietà elettriche ancora migliori, portandoci un passo avanti verso la prossima generazione di dispositivi elettronici.

Isolanti topologici:una breve introduzione

Gli isolanti topologici sono una classe di materiali caratterizzati dalle loro insolite proprietà elettroniche. Negli isolanti ordinari, gli elettroni sono localizzati su atomi specifici e non possono muoversi liberamente. Negli isolanti topologici, invece, gli elettroni sono in grado di muoversi liberamente lungo i bordi del materiale. Questo perché gli isolanti topologici hanno una struttura a bande unica, che è la distribuzione energetica degli elettroni nel materiale.

La struttura a bande di un isolante topologico è caratterizzata da due caratteristiche:un band gap e un invariante topologico. Il band gap è una regione di energia in cui non sono ammessi stati elettronici. L'invariante topologico è un numero che descrive le proprietà topologiche del materiale.

L'invariante topologico di un isolante topologico è legato al numero di stati marginali del materiale. In un isolante topologico bidimensionale, l'invariante topologico è uguale al numero di stati marginali. Ciò significa che un isolante topologico bidimensionale con un invariante topologico pari a 1 avrà uno stato limite.

Come gli elettroni viaggiano attraverso gli isolanti topologici

Nell'articolo precedente, abbiamo esplorato come gli elettroni viaggiano attraverso gli isolanti topologici. Abbiamo scoperto che gli elettroni sono in grado di muoversi liberamente lungo i bordi degli isolanti topologici a causa di un gap, che è una caratteristica topologica di questi materiali.

Il modo in cui gli elettroni viaggiano attraverso gli isolanti topologici è analogo al modo in cui l’acqua scorre attraverso un fiume. In un fiume l'acqua scorre lungo il letto e le rive del fiume. In un isolante topologico, gli elettroni fluiscono lungo i bordi del materiale.

Questa analogia può aiutarci a capire come le proprietà degli isolanti topologici possano essere utilizzate per creare nuovi dispositivi elettronici. Ad esempio, il fatto che gli elettroni possano fluire liberamente lungo i bordi degli isolanti topologici potrebbe essere utilizzato per creare transistor più veloci ed efficienti rispetto ai transistor tradizionali.

Conclusione

Gli isolanti topologici sono una nuova promettente classe di materiali che hanno il potenziale per rivoluzionare l’elettronica. Le proprietà uniche di questi materiali potrebbero essere utilizzate per creare nuovi dispositivi elettronici più veloci, più efficienti e più potenti dei dispositivi tradizionali.