Paskutiniaisiais metais yra išaugęs susidomėjimas topologiniais dielektrikais, nes šios medžiagos pasižymi įdomiomis savybėmis. Topologiniai dielektrikai pasižymi ir laidinėmis, ir dielektrinėmis savybėmis – vidinėje medžiagos dalyje elektros srovė nepraleidžiama, o paviršinėje dalyje srovė gali laisvai tekėti.
Paskutiniaisiais metais yra išaugęs susidomėjimas topologiniais dielektrikais, nes šios medžiagos pasižymi įdomiomis savybėmis. Topologiniai dielektrikai pasižymi ir laidinėmis, ir dielektrinėmis savybėmis – vidinėje medžiagos dalyje elektros srovė nepraleidžiama, o paviršinėje dalyje srovė gali laisvai tekėti.
Matyt, viena įdomiausia šių medžiagų savybių yra ta, kad topologinių dielektrikų paviršiumi gali tekėti sukiniu poliarizuoti elektronai ir todėl nevyksta jų sklaida. Elektronų sklaida medžiagoje pasireiškia per varžą, o tai reiškia energijos nuostolius, nes elektronai nukrypsta nuo savo trajektorijos.
Manoma, kad tokios charakteristikos rodo šių medžiagų didelį panaudojimo potencialą ateities tranzistoriuose, duomenų saugojimo įrenginiuose bei magnetiniuose jutikliuose, kurių darbui reikės mažiau energijos sąnaudų.
Savo darbe mokslininkų grupė iš UCLA (University of California, Los Angeles) bei Kvinslendo Australijos universiteto (Australia's University of Queensland) pademonstravo paviršinių laidumo sričių panaudojimo perspektyvas topologiniuose dielektrikuose. Nanojuostose, pagamintose iš bismuto telurido, paviršiaus būsenos buvo įjungiamos arba išjungiamos priklausomai nuo Fermi lygmens padėties. Darbas buvo atspausdintas „Nature Nanotechnology“ žurnale.
„Mūsų atradimas sudaro galimybę atsirasti naujos kartos mažos sklaidos nanoelektriniams bei spintroniniams įrenginiams, kurie bus panaudojami įvairiuose prietaisuose – nuo magnetinių jutiklių iki duomenų saugojimo“, – pasakė profesorius Kangas L. Wangas (Kang L. Wang), kuris taip pat yra UCLA grupės, dalyvavusios projekte, vadovas.
Bismuto teluridas yra gerai žinomas kaip termoelektrinė medžiaga. Teoriškai buvo numatyta, kad tai yra tridimensinis topologinis dielektrikas su aiškiomis ir unikaliomis paviršiaus būsenomis. Naujausi eksperimentai, atlikti su bismuto telurido medžiagos vidiniais sluoksniais, pademonstravo, kad egzistuoja ir dvidimensinės paviršiaus būsenų laidumo juostos. Šiuose mažos draustinės juostos puslaidininkiuose buvo sudėtinga sureguliuoti paviršinį laidumą dėl vidinių sluoksnių įtakos, pasireiškiančios dėl priemaišų buvimo ir šiluminio elektronų sužadinimo iš žemesnių būsenų. Paviršinis laidumas gautas tik sukūrus topologinių dielektrikų nanojuostas, kurios pasižymi dideliu paviršiaus ploto santykiu su užimamu tūriu. Didelis paviršiaus ploto su tūriu santykis sudaro galimybes paviršių veikti išorinėmis priemonėmis.
Wangas kartu su kolegomis panaudojo mažytes bismuto telurido nanojuostas, kaip laidumo kanalus, lauko tranzistoriuose. Lauko tranzistoriuose naudojamas elektrinis laukas Fermi lygmeniui kontroliuoti. Tokiu būdu keičiamas ir laidumo kanalas. Mokslininkai pirmą kartą pademonstravo paviršinių būsenų kontroliavimo galimybę paviršinių dielektrikų struktūrose.
„Mes parodėme aiškų paviršinės elektros srovės tekėjimą, kai vidinių sluoksnių laidumas buvo dalinai panaikintas naudojant išorinį elektrinį lauką, – pasakė vienas iš UCLA grupės narių ir vedantysis atspausdinto straipsnio autorius Faxian Xiu. – Parinkus reikiamą įtampą, buvo gautas labai didelis paviršinis laidumas. Paviršinis laidumas sudarė iki penkiasdešimt vieno procento, o tai yra aukščiausia vertė, pasiekta topologiniuose dielektrikuose.“
„Tyrimo rezultatai yra labai įkvepiantys, nes parodyta, kad galima gaminti nanoprietaisus, kurie veiktų naudojant visiškai naują principą, – sakė Wangas. – Panašiai kaip ir grafenas, topologiniai dielektrikai gali būti pritaikyti gaminant didelės spartos tranzistorius arba ypatingai jautrius daviklius.“
Nauji eksperimentai su topologinių dielektrikų nanojuostomis leidžia naujoje šviesoje pažvelgti į paviršinių būsenų kontroliavimo galimybę. Padarytas didžiulis progresas link jų panaudojimo kasdieniniuose prietaisuose. Wango grupė, pasinaudodama savo patirtimi ir gautais rezultatais, sekančiame žingsnyje planuoja pagaminti didelės spartos įrenginį.
„Idealiu atveju reiktų pasiekti šimtaprocentinį paviršinį laidumą, kai vidiniuose sluoksniuose srovės tekėjimas yra pilnai išjungtas, – sakė Xiu. – Remiantis dabartinio darbo rezultatais, mes keliame sau uždavinį sukurti didelio našumo tranzistorių, kurio energijos sąnaudos būtų žymiai mažesnės nei tai vyksta įprastinėse metalo oksido puslaidininkinėse technologijose, kurios naudojamos tipiškoje šių dienų elektronikoje.“
