В дополнение к этим материалам существует еще один класс, известный как топологические изоляторы второго порядка. Эти трехмерные кристаллы имеют проводящие одномерные каналы, идущие только вдоль определенных краев кристалла. Материалы такого типа особенно хорошо подходят для потенциальных приложений в квантовых вычислениях.
Теоретическое предсказание
Эксперты предполагают, что полуметалл висмут проявляет некоторые свойства топологического материала второго порядка. Более того, исследователи также предсказали – теоретически – что атомарно тонкие слои другого полуметалла, дителлурида вольфрама (WTe2), будут вести себя как топологические изоляторы второго порядка – другими словами, они будут проводить электричество без потерь по краям, в то время как остальная часть слоя ведет себя как изолятор.
Команда под руководством профессора Кристиана Шоненбергера с факультета физики и Швейцарского института нанонаук при Базельском университете проанализировала крошечные кристаллы дителлурида вольфрама, состоящие от одного до 20 слоев. Чтобы определить электрические характеристики материала, они прикрепили к нему сверхпроводящие контакты перед приложением магнитного поля. Поскольку материал был чувствителен к окислению, исследователи работали в специальном боксе с низким содержанием кислорода и покрывали дителлурид вольфрама другим кристаллом, который был устойчивым на воздухе.
Характерные колебания
Анализируя протекание тока в основном кристалле, ученые обнаружили множество медленно затухающих колебаний. «В то время как равномерное распределение тока приводит к быстро затухающим колебаниям, чрезвычайно проводящие краевые состояния генерируют сильно колеблющиеся, медленно затухающие токи, подобные тем, которые мы измерили», – объясняет доктор Др.
Артем Кононов, первый автор исследования и Георг Х. Научный сотрудник Endress кафедры физики. "Единственное возможное объяснение наших результатов состоит в том, что большая часть тока течет по узким краям."
"Эти наблюдения подтверждают теоретические предположения о том, что дителлурид вольфрама является топологическим материалом более высокого порядка. Это открывает новые возможности для топологической сверхпроводимости, которые могут найти применение в таких областях, как квантовые вычисления », – говорит Кристиан Шоненбергер, исследующий топологическую сверхпроводимость в стопках определенных двумерных материалов в рамках проекта ERC.