Una tipica immagine MIM vicino all'angolo di un fiocco WTe2 monostrato. Le linee luminose a zigzag indicano le caratteristiche di conduzione proprio ai bordi del monostrato WTe2. Credito:laboratorio Cui, UC Riverside.
Un gruppo di ricerca composto da scienziati dell'Università della California, lungo il fiume, e l'Università di Washington ha per la prima volta ripreso direttamente la "conduzione di bordo" nel ditelluride di tungsteno monostrato, o WTe 2 , un isolante topologico 2-D recentemente scoperto e materiale quantistico.
La ricerca consente di sfruttare questa caratteristica di conduzione periferica per costruire dispositivi elettronici più efficienti dal punto di vista energetico.
In un tipico conduttore, la corrente elettrica scorre ovunque. isolanti, d'altra parte, non conducono facilmente elettricità. Negli isolanti topologici, un tipo speciale di materiale, l'interno funge da isolante, ma i confini di tali materiali sono garantiti per essere conduttivi a causa della sua proprietà topologica, risultante in una caratteristica chiamata "conduzione del bordo topologico".
La topologia è lo studio matematico delle proprietà di una figura geometrica o di un solido che rimane invariato per stiramento o flessione. L'applicazione di questo concetto ai materiali elettronici porta alla scoperta di molti fenomeni interessanti, compresa la conduzione topologica del bordo. Funzionando come autostrade per gli elettroni, i canali di conduzione del bordo topologico consentono agli elettroni di viaggiare con poca resistenza. Ulteriore, perché i canali di bordo possono essere potenzialmente molto stretti, i dispositivi elettronici possono essere ulteriormente miniaturizzati.
I risultati dello studio appaiono oggi in Progressi scientifici .
Yongtao Cui è un assistente professore di fisica e astronomia alla UC Riverside. Credito:I. Pittalwala, UC Riverside.
"Diversi materiali hanno dimostrato di essere isolanti topologici 3-D, " disse Yongtao Cui, un assistente professore di fisica e astronomia all'UCR, che ha condotto la ricerca. "Ma gli isolanti topologici 2-D sono rari. Diversi esperimenti recenti hanno stabilito che il monostrato WTe 2 è il primo isolante topologico 2-D atomicamente sottile."
Cui ha spiegato che per un isolante topologico 3-D, la conduzione appare sulle sue superfici; per un materiale 2D simile a un foglio, tali caratteristiche conduttive sono semplicemente ai bordi del foglio.
Il laboratorio di Cui ha utilizzato una nuova tecnica sperimentale chiamata Microwave Impedance Microscopy, o MIM, per visualizzare direttamente la conduzione ai bordi del monostrato WTe 2 .
"I nostri risultati confermano inequivocabilmente la conduzione di spigolo in questo materiale promettente, " Ha detto Cui.
Sebbene WTe 2 si sa che esiste da decenni, l'interesse per questo materiale è cresciuto solo negli ultimi anni grazie alle sue proprietà fisiche ed elettroniche esotiche scoperte utilizzando la fisica topologica. WTe 2 strati sono impilati insieme tramite interazioni di van der Waals e possono essere facilmente esfoliati in sottili, 2-D, fogli simili al grafene.
Illustrazione della configurazione della misurazione. Il fiocco monostrato WTe2 si trova su un substrato di SiO2/Si ed è ricoperto da un sottile fiocco esagonale di nitruro di boro (hBN) per proteggerlo dalla degradazione. Credito:laboratorio Cui, UC Riverside.
"Oltre alla conduzione ai bordi in WTe . monostrato 2 , abbiamo anche scoperto che i canali conduttivi possono estendersi all'interno del materiale, a causa di imperfezioni, come crepe, " Cui ha detto. "Le nostre osservazioni indicano nuovi modi per controllare e progettare tali canali di conduzione tramite mezzi meccanici o chimici".
I collaboratori di Cui presso l'Università di Washington hanno preparato il monostrato WTe 2 campioni. All'UCR, il suo laboratorio ha eseguito la misurazione MIM, che ha comportato l'invio di un segnale elettrico a microonde a una punta di metallo affilata, e posizionando la punta vicino alla superficie del monostrato WTe 2 . Risolvendo il segnale a microonde rimbalzato dal campione, i ricercatori hanno potuto determinare se la regione del campione direttamente sotto la punta fosse conduttiva o meno.
"Abbiamo scansionato la punta attraverso l'intero campione e mappato direttamente la conduttività locale, " Ha detto Cui. "Abbiamo eseguito tutte le misurazioni a temperature criogeniche, necessario per WTe . monostrato 2 per esibire la proprietà topologica. Le proprietà topologiche del monostrato WTe 2 può potenzialmente fungere da piattaforma per realizzare operazioni essenziali nell'informatica quantistica".
Il laboratorio di Cui sta già esplorando nuovi modi per manipolare i canali di conduzione del bordo e la fisica topologica in WTe monostrato 2 .
"Stiamo valutando se impilare WTe . monostrato 2 con altri materiali 2-D può alterare la sua proprietà topologica, " ha detto. "Stiamo anche usando metodi meccanici e chimici per creare reti di canali di conduzione. La tecnica MIM che abbiamo utilizzato offre un potente mezzo per caratterizzare i canali di conduzione in materiali topologici come il monostrato WTe 2 ."
