Новый материал прокладывает путь к более эффективной электронике

(а) Схема эффекта QSH в изогнутых сотах германена (нижнее изображение — вид сбоку). 
(б) СТМ изображение малослойного германена на Ge 2Pt(101) указано количество слоев.
(c) Крупномасштабное СТМ-изображение сотовой решетки первого развязанного слоя германена, крупный план. 
( d ) расчеты DFT зонной структуры отдельно стоящего германена с SOC. 
(e) Крупный план (d) вокруг точки K, чтобы показать разрыв SOC германена. 
(е) спектры dI(V)/dV, зарегистрированные в объеме и на краю германена, обозначены черными и красными точками на топографии, показанной на вставке. 
(g) (Внизу) спектроскопия линии adI(V)/dV, зарегистрированная как функция расстояния поперек германенового края [обозначена белой сплошной линией на топографии на панели (f)] 
(Вверху) Поперечное сечение топографии (синий) и поперечное сечение dI/dV при EF (красный) линейчатой спектроскопии

Исследователи из Университета Твенте доказали, что германен, двумерный материал, состоящий из атомов германия, ведет себя как топологический изолятор. Это первый двухмерный топологический изолятор, состоящий из одного элемента. Он также обладает уникальной способностью переключаться между состояниями «включено» и «выключено», сравнимой с транзисторами. Это может привести к более энергоэффективной электронике.

Топологические изоляторы — это материалы с уникальным свойством изолировать электричество внутри и проводить электричество по краям. Проводящие края позволяют электрическому току течь без потери энергии. «В настоящее время электронные устройства теряют много энергии в виде тепла, потому что дефекты материала увеличивают сопротивление. В результате ваш мобильный телефон может сильно нагреваться», — объясняет ученый из (UT) — Пантелис Бампулис.

В то время как в нормальных материалах рассеяние на дефектах разрешено, на краях двумерных топологических изоляторов рассеяние электронов на дефектах запрещено благодаря уникальному механизму топологической защиты. Следовательно, электрический ток в двумерных топологических изоляторах течет без рассеивания энергии. Это делает их более энергоэффективными, чем современные электронные материалы. Германен является таким двумерным топологическим изолятором . «Современные топологические изоляторы состоят из сложных структур из различных типов элементов. Германен уникален тем, что состоит всего из одного элемента», — объясняет Бампулис. 

Чтобы создать этот захватывающий материал, исследователи расплавили германий вместе с платиной. Когда смесь остыла, крошечный слой атомов германия образовал сотовую решетку поверх германиево-платинового сплава. Этот двумерный слой атомов называется германеном. Исследователи также обнаружили, что проводящие свойства материала можно «выключить», применив электрическое поле. Это свойство уникально для топологического изолятора. «Возможность переключения между состояниями «включено» и «выключено» добавляет захватывающий пример применения германена, — говорит Бампулис. Это открывает путь к разработке топологических полевых транзисторов. Эти транзисторы могут заменить традиционные транзисторы в электронных устройствах. В результате электроника больше не нагревается.