topologisk isolator

Topologisk isolator er et materiale som er elektrisk isolerende i det indre av materialet, mens kantene og overflaten fremviser robuste elektrisk ledende tilstander. Se figur (a).

Egenskaper

(a) Skisse av båndstrukturen til en topologisk isolator. Fermi-energien EF ligger typisk i båndgapet (mellom ledningsbåndet og valensbåndet) slik at materialet ikke leder elektrisk strøm. Langs kantene eksisterer det likevel strømførende tilstander som er fullstendig spinn-polariserte (gul og grønn linje). (b) De strømførende kanttilstandene transporterer en netto strøm av spinn langs kantene til den topologiske isolatoren. Det er ingen netto transport av ladning ved likevekt, siden det er like mange høyregående elektroner som venstregående elektroner.
Illustrasjon av (a) båndstruktur og (b) kanttilstander til en 2D topologisk isolator.
Lisens: CC BY SA 3.0

I motsetning til andre materialer som kan ha elektrisk ledende kanter og overflater, så er de elektriske tilstandene som transporterer strøm beskyttet av topologi og symmetri i en topologisk isolator. I praksis betyr dette at de elektriske tilstandene som transporterer strømmen ikke blir ødelagte av urenheter eller defekter på kantene og overflatene, så lenge disse ikke er magnetiske.

I tillegg til å ha robuste kant- og overflate-tilstander som kan transportere elektrisk strøm, så er spinnet til disse tilstandene bestemt utfra retningen de beveger seg i. Figur (b) viser en skisse av dette. Dette fenomenet kalles spinn-låsing og står igjen i kontrast til andre typer materialer som har overflate-tilstander.

Forekomst

En to-dimensjonal topologiske isolator ble eksperimentelt observert i et tynt lag satt sammen av kadmium tellur (CdTe) og kvikksølv tellur (HgTe) i 2007 (se Eksterne lenker). Samme år ble det predikert at vismut-baserte materialer kunne danne tre-dimensjonale topologiske isolatorer, som dermed ikke ville være begrenset til tynne lag. Dette ble etter kort tid eksperimentelt observert i materialene vismut selen (Bi2Se3) og antimon tellur (Sb2Te3).

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne lenker

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg