Cienka warstwa topologicznego materiału półmetalicznego zastosowana w układach elektronicznych może zwiększyć moc obliczeniową i pojemność pamięci przy znacznie mniejszym zużyciu energii – informuje „Nature Communications”.

Zespół University of Minnesota Twin Cities jako pierwszy uzyskał cienką warstwę unikalnego topologicznego materiału półmetalicznego. Naukowcy przeprowadzili również badania właściwości fizycznych tego materiału.

Tak zwane topologiczne półmetale należą do szerszej klasy materiałów obejmującej również topologiczne izolatory i topologiczne nadprzewodniki, w których specyficzne symetrie sieci krystalicznej oraz efekty relatywistyczne (silne oddziaływanie spin-orbita), związane z obecnością jonów ciężkich pierwiastków w sieci krystalicznej powodują pojawienie się tzw. topologicznie chronionych stanów brzegowych.

Elektrony w tych materiałach zachowują się na różne sposoby, nadając materiałom unikalne właściwości, których nie mają typowe izolatory i metale stosowane w urządzeniach elektronicznych. Topologiczne półmetale są badane pod kątem zastosowania w urządzeniach spintronicznych, stanowiących alternatywę dla tradycyjnych urządzeń półprzewodnikowych, które wykorzystują spin elektronów zamiast ładunku elektrycznego do przechowywania danych i przetwarzania informacji.

Interdyscyplinarny zespół naukowców z University of Minnesota był w stanie z powodzeniem zsyntetyzować cienką warstwę takiego materiału - i udowodnić, że ma on potencjał wysokiej wydajności przy niskim zużyciu energii.

„Te badania pokazują po raz pierwszy, że można przejść od słabego izolatora topologicznego do topologicznego półmetalu za pomocą strategii domieszkowania magnetycznego” – powiedział Jian-Ping Wang, starszy autor artykułu i profesor University of Minnesota.

Naukowcy od lat pracują nad materiałami topologicznymi, ale zespół z University of Minnesota jako pierwszy zastosował opatentowany proces rozpylania katodowego, aby stworzyć ten półmetal w formie cienkiej warstwy.

„Każdego dnia używamy urządzeń elektronicznych, od telefonów komórkowych po zmywarki i kuchenki mikrofalowe. Wszystkie używają chipów. Wszystko zużywa energię – powiedział Andre Mkhoyan, starszy autor artykułu oraz profesor University of Minnesota. - Pytanie brzmi, jak zminimalizować to zużycie energii? Te badania są krokiem w tym kierunku. Opracowujemy nową klasę materiałów o podobnej lub często lepszej wydajności, ale przy znacznie mniejszym zużyciu energii”.

„Jednym z głównych wkładów tej pracy z fizycznego punktu widzenia jest to, że byliśmy w stanie zbadać niektóre z najbardziej podstawowych właściwości tego materiału – powiedział Tony Low, starszy autor artykułu i profesor nadzwyczajny University of Minnesota. - Normalnie, gdy zastosuje się pole magnetyczne, opór wzdłużny materiału wzrośnie, ale w tym konkretnym materiale topologicznym przewidzieliśmy, że spadnie. Byliśmy w stanie potwierdzić naszą teorię na podstawie danych z pomiarów”.

Więcej informacji w artykule źródłowym: nature.com

(PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ bar/

Fot. Depositphotos