Экзотический квантовый эффект ведет к электронике без тепловых потерь

В японском исследовательском центре RIKEN найдены первые доказательства существования необычного квантового явления, целочисленного квантового эффекта Холла, в новом типе пленки, получившем название трехмерного топологического изолятора.

Сотрудники центра продемонстрировали, что поверхностные состояния Дирака (особая форма безмассовых электронов) квантуются в этих материалах, то есть могут принимать в них только определенные дискретные значения.

Эти открытия продвигают технологии по пути к электронным устройствам, которые смогут работать без потерь огромного количества энергии в виде тепла, рассеиваемого сегодняшними кремниевыми полупроводниками.

В исследовании, описанном на страницах Nature Communications, из висмута, теллура и сурьмы удалось создать трехмерный топологический проводник, практически лишенный посторонних включений в кристаллической структуре. Укрепив его на подложке из полупроводящего фосфида индия и поместив сверху изолирующую оксидную пленку с электродами, авторы получили полевые транзисторы и измерили сопротивление Холла, изменяя силу электрического поля постоянным магнитным полем.

Они смогли показать, что сопротивление становится постоянным (график образует «плато»), что указывает на присутствие в материале квантового эффекта Холла. Помимо этого, они продемонстрировали, что изменяя электрический ток можно переключаться между изолирующим состоянием и квантовым эффектом Холла.