I fisici NUS hanno trovato un nuovo modo per creare e sintonizzare gli stati limite topologici in isolanti topologici (TI) bidimensionali (2-D) per potenziali applicazioni di dispositivi spintronici.

Un TI è un materiale che si comporta da isolante al suo interno, ma la cui superficie contiene stati conduttori, il che significa che gli elettroni possono muoversi solo lungo la superficie del materiale. Allo stesso modo, un TI 2-D è un materiale isolante 2-D, ma i cui elettroni possono muoversi lungo i suoi bordi. I TI 2-D sono candidati promettenti per l'elettronica di spin e i dispositivi con dissipazione di energia minima/trascurabile, come computer quantistici e dispositivi elettronici a bassissima energia. Però, la fabbricazione di TI robusti e la messa a punto affidabile dei loro stati topologici sono impegnativi. In particolare, Il bismutene 2-D (monostrato di bismuto con una struttura atomica a nido d'ape) è previsto come il miglior candidato per una TI 2-D, ma la preparazione di modalità autoportanti in bismutene a strato singolo non è stata ancora realizzata, e l'influenza del substrato sugli stati topologici è sconosciuta.

Un gruppo di ricerca guidato dal Prof Andrew WEE del Dipartimento di Fisica, NUS ha creato con successo un'omostruttura di bismutene utilizzando l'epitassia a fascio molecolare (MBE). Utilizzando questo metodo di deposizione a bassa temperatura, un singolo strato di bismutene può essere coltivato su un singolo strato di strato di bismuto nero-fosforo (BP-Bi) per formare un'omostruttura verticale con diversi angoli di rotazione tra i due strati. Poiché i due strati nell'omostruttura hanno disposizioni atomiche diverse, si osserva che l'interazione interstrato tra questi due strati è in gran parte ridotta e periodicamente alterata. Ciò si traduce in un monostrato di bismutene quasi indipendente con stati di bordo topologici sintonizzabili.

I motivi moiré sono schemi di interferenza di ampia area prodotti quando un reticolo periodico viene sovrapposto a un altro reticolo simile, tipicamente ad un piccolo angolo di rotazione relativo. Questo nuovo metodo di utilizzo del motivo moiré formato ruotando due materiali 2-D l'uno rispetto all'altro può essere potenzialmente utilizzato per controllare in modo mirato le prestazioni del dispositivo.

Dott. GOU Jian, un ricercatore nel team, spiegato, "A differenza dei semiconduttori 3-D in cui le proprietà elettroniche sono regolate dall'introduzione di atomi droganti, le proprietà dei materiali 2-D atomicamente sottili sono facilmente modificabili dagli atomi droganti. Quindi, l'osservazione della modulazione dello stato topologico da parte di un'omostruttura di bismutene offre un metodo senza danni per controllare gli stati elettronici nei dispositivi TI 2-D."

"L'eccitante campo della twistronica è stato recentemente dimostrato nel grafene, e questo lavoro sul bismutene rivela la sua bellezza nello scoprire gli stati limite topologici in un materiale 2-D, " ha aggiunto il professor Wee.

Il team prevede di indagare ulteriormente su questi nuovi modelli moiré, nella speranza di realizzare una sintonizzazione più robusta degli stati elettronici nei TI 2-D.