Этот новый «топологический изолятор» ведет себя как изолятор внутри, но проводит электричество снаружи и может открыть путь для квантовых компьютеров и устройств быстрой спинтроники.Исследование, проведенное под руководством профессора материаловедения и инженерии Университета штата Юта Фэн Лю, было опубликовано сегодня в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
С момента открытия топологических изоляторов почти десять лет назад как класса материалов, предназначенных для ускорения работы компьютеров, ученые пытались создать топологический изолятор, создающий большой энергетический зазор.Энергетическая щель — это количество энергии, необходимое электронам для проведения электричества в данном материале. Больший зазор позволяет проводить электричество по поверхности материала, поэтому компьютер может работать при комнатной температуре, оставаясь стабильным. Лю и его команда обнаружили, что металлический висмут, нанесенный на кремний, может привести к созданию более стабильного топологического изолятора с большим зазором.
Но не менее важно то, что этот процесс может быть рентабельным и легко интегрироваться с широко распространенными технологиями производства кремниевых полупроводников.«Мы можем нанести его на кремний, чтобы его можно было объединить или объединить с существующей полупроводниковой технологией», — говорит Лю. «Это очень важно.
Это делает его экспериментально возможным и практически реалистичным».Поскольку слой висмута атомно связан, но электронно изолирован от слоя кремния, он создает большую запрещенную зону.«У него самый большой энергетический зазор, который когда-либо прогнозировался.
Это делает возможным применение при комнатной температуре устройств или компьютеров на основе топологических изоляторов», — говорит Лю.Квантовые компьютеры, которые еще не построены, будут работать на принципах квантовой механики, в которой мельчайшие частицы света и материи могут находиться в разных местах одновременно. Теоретически квантовые компьютеры могут быть в миллиарды раз быстрее обычных компьютеров.
Ожидается, что квантовые вычисления будут использоваться в самых разных целях, в том числе в больших центрах обработки данных, системах безопасности и шифровании.Спинтроника — это новая технология, которая использует спин электрона (вместо заряда) в электронных устройствах. Спин — это свойство электронов, которое заставляет электрон действовать как крошечный магнит. Устройства Spintronic могут использоваться для кодирования и передачи информации в электронных схемах и компьютерах.
Исследование Лю финансировалось главным образом Министерством энергетики США и частично Национальным научным фондом через Центр материаловедения и инженерии Университета Юты.Лю проводил исследование с аспирантами по материаловедению и инженерным наукам Мяо Чжоу, Чжэн Лю, Чжэнфэй Ван и докторантом Вэньмэй Мин.