Нанорельеф поверхности управляет движением электронов в топологических изоляторах

В относительно новом направлении исследований — физике топологических изоляторов, теоретики и экспериментаторы изучают поверхность этих уникальных материалов в стремлении понять, что заставляет электроны проявлять закономерности поведения в них электронов, проявляющих там необычные для себя свойства.

В топологических изоляторах электроны ведут себя подобно световым частицам — фотонам. В отличие от последних, электроны имеют массу покоя, что определяет их обычное поведение. В реальности же квантовой физики, где привычные материалы зачастую проявляют себя с неожиданной стороны, электроны на внешней поверхности таких изоляторов движутся подобно свету.

Эти уникальные свойства привлекают пристальное внимание ученых, видящих перспективы использования их в квантовых вычислениях и спинтронике. На первом этапе требуется понять основные правила, необходимые для управления электронными характеристиками топологических изоляторов.

Сотрудники Бостонского Колледжа в журнале Nature Communications рассказали о том, как наличие волнистости на поверхности топологического изолятора, изготовленного из теллурида висмута (Bi2Te3), эффективно модулирует, так называемые дираковские электроны, так что они следуют по пути, точно соответствующему топографии поверхности кристалла.

«Миниатюрные «гребни», отстоящие друг от друга на расстоянии примерно 100 нм, создают синусоидальный потенциал, воздействующий на электронные волны» — так комментирует полученный результат руководитель работы, адъюнкт-профессор физики Видья Мадхаван (Vidya Madhavan).

По сравнению с химическим легированием, также рассматриваемым как возможный способ влияния на течение электронов на поверхности топологического изолятора, неровность поверхности действует эффективнее, а кроме того, ее проще создавать и контролировать.

По мнению участников проекта, дальнейшие модификации нанорельефа позволят сконструировать одномерные квантовые проводники, по которым ток сможет распространяться без рассеивания.