Fisikawan dari Universitas Jyväskylä dan Universitas Aalto di Finlandia telah berhasil menciptakan isolator kristal topologi dua dimensi, menandai realisasi eksperimental pertama dari bahan kuantum yang telah diprediksi oleh para ilmuwan selama lebih dari satu dekade. Hingga saat ini, upaya produksi terhambat oleh kesulitan dalam mengembangkan bahan yang sesuai.
Terobosan besar ini dipimpin oleh Associate Professor Kezilbeiek Shawulienu bekerja sama dengan peneliti dari Aalto University, termasuk Profesor Peter Liljeroth dan Profesor Jose Lado. Tim membuat bahan tersebut dengan menumbuhkan lapisan atom tipis yang terdiri dari hanya dua lapisan timah telluride (SnTe) di atas niobium diselenide (NbSe).2) substrat.
Kristal yang sangat tipis secara atom mengungkapkan keadaan kuantum yang unik
Untuk menguji sifat material tersebut, para peneliti menggunakan epitaksi berkas molekul serta mikroskop terowongan pemindaian suhu rendah, yang memungkinkan mereka menyelidiki perilaku elektroniknya dengan presisi tingkat atom.
Pengukuran mereka mengungkapkan pasangan keadaan tepi konduktif, yang merupakan karakteristik isolator kristal topologi. Jalur khusus ini memungkinkan elektron bergerak sepanjang tepi material dan dilindungi oleh simetri kisi kristal.
Batasan mengontrol sifat kuantum material
Keadaan tepi konduktif muncul dalam celah pita elektronik yang lebar lebih dari 0,2 elektron volt (eV). Tim menemukan bahwa film timah telurida dikompresi oleh substrat di bawahnya, menciptakan batasan yang penting untuk menstabilkan keadaan topologi material.
Lebih penting lagi, para peneliti menunjukkan bahwa keadaan batas ini dapat disesuaikan dengan mengubah tegangan, sehingga memberikan cara praktis untuk menyesuaikan perilaku elektronik material untuk teknologi masa depan.
Potensi masa depan elektronik kuantum
Perhitungan mekanika kuantum prinsip pertama menegaskan bahwa keadaan tepi yang diamati memiliki asal topologi. Tim juga memeriksa bagaimana negara-negara periferal di dekatnya berinteraksi dan menemukan bahwa tingkat energi mereka berubah karena kombinasi interaksi elektrostatik dan penerowongan kuantum.
Karena material mempunyai celah pita yang relatif besar, sifat topologinya harus tetap stabil bahkan pada suhu kamar. Hal ini menjadikannya platform yang menjanjikan untuk mengeksplorasi keadaan topologi dua dimensi yang dapat diatur oleh regangan dan dapat mendukung kemajuan masa depan dalam elektronik berbasis spin dan perangkat skala nano.
Hasilnya dipublikasikan di jurnal Komunikasi alami.
