Из топологических изоляторов выделен новый класс материалов

Экзотический класс материалов, получивших название топологические изоляторы (ТИ), приобрел известность благодаря тому, что электроны могут свободно распространяться только по их поверхности, не проникая внутрь.

Новый квантовый эфект, об открытии которого сообщили принстонские физики в двух статьях, опубликованных в журнале Nature Communications 7 и 12 мая, позволяет электронам перемещаться также внутри некоторых из этих материалов, практически не встречая сопротивления. В первой из этих работ открытый эффект демонстрируется для кристаллов арсенида кадмия, во второй — его распространяют также на селенид висмута.

Коллектив, в который, помимо американских, вошли также ученые из Швеции, Германии, Сингапура и Тайваня, сделал свое открытие, используя метод фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением и мощный рентгеновский источник Advanced Light Source (Lawrence Berkeley National Laboratory). Измеряя энергию и скорость электронов, выбиваемых жестким излучением из глубины материала, они установили, что эти параметры оказались такими же, как у безмассовых частиц на поверхности ТИ.

Оставаясь топологическим по своей природе, новый класс материалов, тем не менее не может считаться изолятором. Поэтому, вместо ТИ его предпочитают называть «топологический полуметалл Дирака». В некоторых аспектах он может оказаться даже привлекательнее графена, поскольку столь же быстрые электроны могут в нем двигаться не в двумерном слое атомов, а во всех направлениях.

Наиболее интересной областью применения исследованных материалов могут стать топологические квантовые компьютеры, которые будут использовать для вычислений и передачи информации спин электронов.