Strona główna Aktualności
Technologie

Kryształy z IF PAN dla kwantowej elektroniki przyszłości

02.10.2012 Technologie

Monokryształ topologicznego izolatora krystalicznego SnTe wyhodowany w Instytucie Fizyki PAN. W naturalnych zwierciadlanych powierzchniach tego kryształu odbija się logo instytutu. Poniżej, ilustracja topologicznego przejścia w kryształach (Pb,Sn)Se od fazy izolatora trywialnego (po lewej) do izolatora topologicznego, z metalicznymi stanami powierzchniowymi (po prawej). Takie przejście może być wywołane, np. temperaturą lub ciśnieniem hydrostatycznym. W izolatorze topologicznym przerwa w widmie energii dozwolonych kwantowych stanów elektronowych jest zamknięta przez powierzchniowe stany metaliczne (charakterystyczny kształt „X”). Źródło: Instytut Fizyki PAN

Nowe materiały - topologiczne izolatory krystaliczne - wytworzono i zbadano w Instytucie Fizyki PAN w Warszawie. Dzięki nim uzyskiwane są niezwykłe zjawiska, które mogą kiedyś znaleźć zastosowanie w urządzeniach elektronicznych czy w spintronice.

Jak poinformowali przedstawiciele IF PAN w przesłanym PAP komunikacie, odkrycia dokonała grupa polskich naukowców kierowana przez prof. Tomasza Storego, we współpracy ze szwedzkimi badaczami z laboratorium synchrotronowego MAX-lab Uniwersytetu w Lund i Królewskiego Instytutu Techniki (KTH) w Sztokholmie. Wyniki ich prac zostały opublikowane w prestiżowym miesięczniku „Nature Materials”.

 

Jak wyjaśniają przedstawiciele IF PAN, jednym z najważniejszych wyników badań w dziedzinie fizyki materii skondensowanej ostatnich lat jest odkrycie nowej klasy materiałów, tzw. izolatorów topologicznych.

 

Właściwości takich izolatorów są niespotykane i dotychczas nieznane były eksperymentatorom. Chociaż materiały są idealnymi izolatorami, czyli materiałami nieprzewodzącymi elektryczności w objętości kryształu, to na swojej powierzchni są metalami. Ich dziwne właściwości wynikają zarówno z efektów kwantowych - a więc reguł opisujących zjawiska w mikroświecie atomów - jak i z efektów relatywistycznych, kluczowych dla elektronów poruszających się z prędkościami porównywalnymi z prędkością światła.

 

Dla przyszłych zastosowań elektronicznych kluczową cechą tych materiałów jest bardzo duże przewodnictwo elektryczne ich powierzchni. Oczekuje się, że dzięki materiałom tego typu możliwy będzie znacznie szybszy przepływ prądu elektrycznego i wydatne zmniejszenie wydzielania ciepła w układach mikro- i nanoelektronicznych. Poza tym egzotyczne własności kwantowe materiałów mogą mieć znaczenie w spintronice - nowej gałęzi elektroniki, rozwijanej także w IF PAN.

 

Dotychczas wytworzono i zbadano właściwości elektronowe szeregu kryształów i wykazano, że izolatorem topologicznym jest na przykład selenek bizmutu i podobne materiały utworzone z pierwiastków V i VI grupy układu okresowego. Są to materiały dobrze znane, wykorzystywane na przykład w termoelektrycznych chłodziarkach w komputerach. Jednak bardzo duże koncentracje defektów krystalicznych w tych kryształach uniemożliwiają kontrolowanie właściwości elektrycznych tych materiałów w zakresie niezbędnym dla zastosowań elektronicznych, np. w szybkich tranzystorach.

 

Jak informuje IF PAN, naukowcy z amerykańskiego MIT, w ubiegłym roku wskazali na możliwość istnienia nowej klasy materiałów, tzw. krystalicznych izolatorów topologicznych, w których kluczową rolę odgrywają nie efekty relatywistyczne, a odpowiednio symetryczne rozmieszczenie atomów w sieci krystalicznej i na powierzchni kryształu. Przewidywano, że takim materiałem może być tellurek cyny, znany z zastosowań w laserach i detektorach promieniowania podczerwonego oraz w generatorach termoelektrycznych.

 

Równocześnie z ukazaniem się amerykańskich prac teoretycznych, zespół prof. Storego doświadczalnie odkrył przewodzące powierzchniowe stany elektronowe krystalicznego izolatora topologicznego w wytworzonych w tym celu w IF PAN trójskładnikowych kryształach zbudowanych z ołowiu, cyny i selenu (Pb,Sn)Se.

 

Naukowcy wytworzyli wysokiej jakości monokryształy (Pb,Sn)Se, a wyniki pomiarów struktury elektronowej wykonane metodą ARPES potwierdziły istnienie na powierzchni kryształów stanów izolatora topologicznego.

 

Zdaniem autorów, odkrycie właściwości izolatorów topologicznych w kryształach stworzyło możliwość zastosowań niezwykłych zjawisk w następnej generacji przyrządów elektronicznych. W tej grupie materiałów, domieszkowanych magnetycznymi jonami manganu, obserwuje się także ferromagnetyzm. Postulowana teoretycznie możliwość współistnienia ferromagnetyzmu i stanu krystalicznego izolatora topologicznego jest jednym z najbardziej intrygujących wyzwań badawczych spintroniki.

 

Technologia wytwarzania kryształów (Pb,Sn)Se jest rozwijana w IF PAN w projekcie badawczym „Nowoczesne materiały i innowacyjne metody dla przetwarzania i monitorowania energii (MIME)” w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka.

 

PAP - Nauka w Polsce

lt/ ula/

Podziel się
Ocena: 0 głosów

Logowanie



Nie pamiętam hasła

Rejestracja

Komentarze: 0
Skomentuj Zobacz wszystkie  

Uwaga Redakcje!

Wszelkie materiały PAP (w szczególności depesze, zdjęcia, grafiki, pliki video) zamieszczone w serwisie "Nauka w Polsce" chronione są przepisami ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych oraz ustawy z dnia 27 lipca 2001 r. o ochronie baz danych.

 

PAP S.A. zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - www.naukawpolsce.pap.pl. W przypadku portali społecznościowych prosimy o umieszczenie jedynie tytułu i leadu naszej depeszy z linkiem prowadzącym do treści artykułu na naszej stronie, podobnie jak to jest na naszym profilu facebookowym. 

 

Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów video.

 

Informacje tekstowe z kategorii "Świat" można pozyskać odpłatnie abonując Serwis Nauka i Zdrowie PAP. Serwis ten zawiera ponadto wiele innych najnowszych doniesień naukowych z zagranicy oraz materiałów dotyczących szeroko rozumianej problematyki zdrowotnej. 

 

Informacje na temat warunków umowy można uzyskać w Dziale Sprzedaży i Obsługi Klienta PAP, tel.: (+48 22) 509 22 25, e-mail:  pap@pap.pl

 

Informacje o przedruku artykułów z Serwisu Nauka w Polsce, prośby o patronaty medialne, informacje o prowadzonych badaniach, organizowanych konferencjach itd., prosimy przesyłać na adres: naukawpolsce@pap.pl

 

 

Najpopularniejsze materiały

więcej

Książka

"Żądła rządzą". I niech tak lepiej zostanie "Żądła rządzą". I niech tak lepiej zostanie

Jako dziennikarz agencyjny (przyzwyczajony, że dowolnie duży przekaz ma się zmieścić w pięciu akapitach) - czuję mrowienie na plecach, biorąc do ręki książkę o niepozornych trzmielach, liczącą ponad trzysta stron. Ale te trzysta stron czyta się jednym tchem.

Więcej

Myśl na dziś

Każde twierdzenie filozofa daje się zbić z taką samą łatwością, z jaką można go dowieść, nie wykluczając powyższego twierdzenia.
Pitagoras

Nasz blog

Przełamując efekt Matyldy Przełamując efekt Matyldy

Maria Skłodowska-Curie czy Katherine G. Johnson to kobiety nauki, które odniosły sukces, przełamały społeczną nieufność, zdobyły zasłużone laury, a ostatnio "upomniało się" o nie kino. Jednak tych, których wybitne dokonania naukowe długo pozostawały w cieniu i wciąż są mało znane jest wiele. Cecilia Payne-Gaposchkin, Jocelyn Bell Burnell czy Trottula, to tylko niektóre z nich.

Więcej

Tagi

-->