Rendering dell'idrogenazione che risolve una sfida eccezionale nelle classi di calcogenuri di isolanti e magneti topologici tridimensionali (3D). Credito:Lukas Zhao
Un team guidato dalla fisica del City College di New York Lia Krusin-Elbaum è dietro la ricerca che potrebbe aprire una vasta gamma di nuove piattaforme di dispositivi quantistici per sfruttare gli stati topologici emergenti per la nano-spintronica e il calcolo quantistico tollerante ai guasti.
Il gruppo di fisici e chimici ha inventato una nuova tecnica facile e potente che utilizza l'idrogeno ionico per ridurre la densità del portatore di carica nella maggior parte degli isolanti topologici tridimensionali (3D) e dei magneti. Il risultato è che è possibile accedere a robusti canali di conduzione quantistica di superficie o bordo non dissipativi per la manipolazione e il controllo. La loro ricerca, "Correnti superficiali topologiche accessibili tramite idrogenazione reversibile della massa tridimensionale", appare sulla rivista Nature Communications .
La nuova tecnica di regolazione dell'idrogeno di materiali topologici e nanostrutture a base di calcogeno implementata in una camera di laboratorio utilizza l'inserimento e l'estrazione di idrogeno ionico da una soluzione acquosa di acido cloridrico (HCl), che lascia intatta la struttura cristallina topologica stratificata e le bande elettroniche e ha l'ulteriore vantaggio di rimuovere l'ossido superficiale nativo durante la passivazione delle superfici. In questo processo, che il team del City College testa nel Krusin Lab per il trasporto elettrico bidimensionale, gli elettroni vengono donati mediante un legame reversibile di H + gli ioni ai calcogeni, come Te o Se, e le densità dei portarinfuse vengono ridotti di ordini di grandezza per ottenere l'accesso a stati superficiali topologici robusti senza alterare la mobilità dei portatori o la struttura della banda.
"Il principale progresso di questo lavoro è che il nuovo processo di idrogenazione è completamente reversibile, poiché la parte idrogeno-calcogeno può essere dissociata da un protocollo di ricottura a bassa temperatura in base al quale l'idrogeno viene facilmente rimosso", ha affermato Krusin-Elbaum, professore presso la Divisione di CCNY di Scienza. "È anche riciclabile e riproducibile, risolvendo così uno dei limiti chiave degli isolanti topologici magnetici e non magnetici e può essere applicato non solo ai materiali dopo la crescita, ma anche ai nanodispositivi completamente fabbricati."
La ricerca nel Krusin Lab è incentrata sull'esplorazione di nuovi fenomeni quantistici come l'effetto Quantum Anomalous Hall (QAH), che descrive un isolante che conduce corrente senza dissipazione in canali discreti sulle sue superfici, superconduttività 2D e fenomeni di stato assonico caratterizzati da un trasporto termico quantizzato, il tutto con il potenziale, se industrializzato, per far progredire le tecnologie ad alta efficienza energetica.
Krusin-Elbaum e il suo team hanno affermato che la tecnica che hanno dimostrato è molto generale e alla fine potrebbe far avanzare il potenziale dei magneti topologici intrinseci per trasformare la futura elettronica quantistica. + Esplora ulteriormente
