Sciencemag.cz
Doporučujeme
Topologický izolátor je normálně elektricky vodivý po svém povrchu (2D) a nevodivý uvnitř. Vědcům se však nově podařilo realizovat přechod na unikátní 1D vodivost, kdy elektrický proud může procházet pouze po hranách krystalu (1D, prostě místa doteku stěn) a samotné stěny jsou nevodivé.
Zkoumaným topologickým izolátorem byla sloučenina bismutu s jódem o chemickém vzorci Bi4I4. Přechod na 1D vodivost nastává při teplotě asi 27 °C a je vratný. Struktura krystalu se přitom mění mezi modifikacemi alfa a beta, což odpovídá drobné změně krystalické mřížky (zkosení – viz obrázek).
Změna elektrické vodivosti zprostředkovaná fázovým přechodem může být podle autorů studie potenciálně využitelná např. pro konstrukci elektrického spínače ovládaného změnou teploty. Celkem unikátní je, že k takové změně dochází při pokojové teplotě; jde o fázový přechod první řádu, tj. náhlý. Navíc by na základě zjištěných vlastností Bi4I4 mohly být efektivněji hledány i další topologické materiály se stejnými nebo mírně odlišnými vlastnostmi.
Chování elektronů v Bi4I4 se podařilo analyzovat pomocí úhlově rozlišené fotoemisní spektroskopie (angle-resolved photoemission spectroscopy, ARPES). Tato metoda je nejlepší dnes dostupnou sondou pro zkoumání topologických materiálů, protože poskytuje velmi zřetelnou signaturu, zda jsou materiály topologické, nebo ne. Rozhodnout mezi 1D a 2D topologickým stavem bylo ovšem i pomocí ARPES docela náročné. V laboratoři se podařilo syntetizovala krystaly Bi4I4, které byly až centimetr dlouhé, milimetr široké a stovky mikrometrů tlusté. Velikost krystalů umožnila provádět klíčová měření ARPES jak na horní, tak na boční straně materiálu.
Na výzkumu se podíleli vědci z Rice University (vydala příslušnou tiskovou zprávu), University of Texas (Dallas), University of California (Berkeley), Ohio State University a dalších institucí.
Jianwei Huang et al, Room-Temperature Topological Phase Transition in Quasi-One-Dimensional Material Bi4I4, Physical Review X (2021). DOI: 10.1103/PhysRevx.11.031042
Zdroj: Rice University / Phys.org
