Un equipo de investigación de la Universidad de California, Riverside y la Universidad de Washington ha fotografiado por primera vez directamente la "conducción de borde" en ditellurida de tungsteno monocapa, o WTe 2 , un nuevo aislante topológico 2D y material cuántico.
La investigación hace posible explotar esta característica de conducción de borde para construir dispositivos electrónicos más eficientes energéticamente.
En un conductor típico, la corriente eléctrica fluye por todas partes. Los aisladores, por otro lado, no conducen fácilmente la electricidad. En los aisladores topológicos, un tipo especial de material, el interior funciona como un aislante, pero los límites de dichos materiales están garantizadosser conductor debido a su propiedad topológica, lo que resulta en una característica llamada "conducción de borde topológico"
La topología es el estudio matemático de las propiedades de una figura geométrica o un sólido que no se modifica al estirar o doblar. La aplicación de este concepto a los materiales electrónicos conduce al descubrimiento de muchos fenómenos interesantes, incluida la conducción del borde topológico. Trabajar como carreteras para electrones, canalesde conducción de borde topológico permiten que los electrones viajen con poca resistencia. Además, debido a que los canales de borde pueden ser potencialmente muy estrechos, los dispositivos electrónicos pueden miniaturizarse aún más.
Los resultados del estudio aparecen hoy en Avances científicos .
"Se ha demostrado que varios materiales son aislantes topológicos en 3-D", dijo Yongtao Cui, profesor asistente de física y astronomía en la UCR, que dirigió la investigación. "Pero los aislantes topológicos en 2D son raros. Varios experimentos recientes establecieronesa monocapa WTe 2 es el primer aislante topológico 2-D atómicamente delgado. "
Cui explicó que para un aislante topológico en 3-D, la conducción aparece en sus superficies; para un material en forma de lámina en 2-D, tales características conductoras están simplemente en los bordes de la lámina.
El laboratorio de Cui utilizó una novedosa técnica experimental llamada Microscopía de impedancia de microondas, o MIM, para obtener imágenes directas de la conducción en los bordes de la monocapa WTe 2 .
"Nuestros resultados confirman inequívocamente la conducción del borde en este material prometedor", dijo Cui.
aunque WTe 2 se sabe que existe desde hace décadas, el interés en este material recibió un impulso en los últimos años debido a sus exóticas propiedades físicas y electrónicas descubiertas utilizando la física topológica. WTe 2 las capas se apilan juntas a través de las interacciones de van der Waals y se pueden exfoliar fácilmente en láminas delgadas, en 2-D, similares a grafeno.
"Además de la conducción en los bordes en monocapa WTe 2 también descubrimos que los canales conductores pueden extenderse al interior del material, debido a imperfecciones, como grietas ", dijo Cui." Nuestras observaciones apuntan a nuevas formas de controlar y diseñar tales canales de conducción a través de mecanismos mecánicos o químicosmedio."
Los colaboradores de Cui en la Universidad de Washington prepararon la monocapa WTe 2 muestras. En UCR, su laboratorio realizó la medición MIM, que consistía en enviar una señal eléctrica de microondas a una punta metálica afilada y colocar la punta cerca de la superficie de la monocapa WTe 2 . Al resolver la señal de microondas recuperada por la muestra, los investigadores pudieron determinar si la región de la muestra directamente debajo de la punta era conductora o no.
"Escaneamos la punta en toda la muestra y mapeamos directamente la conductividad local", dijo Cui. "Realizamos todas las mediciones a temperaturas criogénicas, necesarias para la monocapa WTe 2 para exhibir la propiedad topológica. Las propiedades topológicas de monocapa WTe 2 potencialmente puede servir como una plataforma para realizar operaciones esenciales en la computación cuántica "
el laboratorio de Cui ya está explorando nuevas formas de manipular los canales de conducción de borde y la física topológica en monocapa WTe 2 .
"Estamos investigando si apilar monocapa WTe 2 con otros materiales en 2-D puede alterar su propiedad topológica ", dijo." También estamos utilizando métodos mecánicos y químicos para crear redes de canales de conducción. La técnica MIM que utilizamos ofrece un poderoso medio para caracterizar los canales de conducción en topologíamateriales como monocapa WTe 2 . "
Cui se unió al estudio por Yanmeng Shi, Ben Niu y Brian A. Francisco de UCR; Joshua Kahn, Zaiyao Fei, Bosong Sun, Xinghan Cai, Xiaodong Xu y David H. Cobden de la Universidad de Washington; DiWu de la Universidad de Nanjing, China; y Zhi-Xun Shen de la Universidad de Stanford; Shi, Kahn y Niu son los primeros autores del artículo de investigación.
El trabajo realizado en UCR fue apoyado por los fondos iniciales de Cui.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Original escrito por Iqbal Pittalwala. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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