Kolmiulotteinen vastine grafeenille

Löytö on pohjimmiltaan kolmiulotteinen versio grafeenista, joka lupailee kiinnostavia uusia aiheita korkean teknologian teollisuudelle kuten nopeammat transistorit ja kompaktit kiintolevyt.

Berkeley Labissa toiminut tutkijaryhmä sai selville, että natriumvismutaatti voi esiintyä kvanttimaterian muodossa, jota kutsutaan kolmiulotteiseksi topologiseksi Dirac-puolimetalliksi (3DTDS). Kyseessä on ensimmäinen kokeellinen vahvistus tällaisista rakenteista, joita vielä äskettäin teoreetikot pohtivat.

- 3DTDS on luonnollinen kolmiulotteinen vastine grafeenille, jolla on vastaava tai jopa parempi elektronin liikkuvuus ja nopeus. Koska materiaalilla on aineen sisäisiä 3D-Dirac-fermioneja, 3DTDS:llä on myös kyllästymätön lineaarinen magnetoresistanssi, joka voi olla kertaluokkaa suurempi kuin materiaaleilla, joita nykyisin käytetään kiintolevyissä. Samalla se avaa oven myös tehokkaammille optisille antureille, toteaa tutkimuksen käynnistänyt fyysikko Yulin Chen.

Kaksi mielenkiintoisinta uutta materiaalia korkean teknologian parissa ovat nykyään grafeeni ja pinnaltaan johtavat topologiset eristeet. Molemmissa on 2D-Dirac-fermioneja, jotka aiheuttavat poikkeuksellisia ja erittäin himoittuja fysikaalisia ominaisuuksia ja tutkijapiireissä onkin herännyt kysymys löytyisikö vastaavia kolmiulotteisia materiaaleja.

Nyt käytetystä natriumvismutaatista ei ole käytännön laitteisiin mutta se innostaa etsimään muita 3DTDS-materiaaleja. Sellaiset saattaisivat tarjota parannusta moniin sovelluksiin, jopa paremmin kuin grafeeni koska olisivat rakenteeltaan kolmiulotteisia sillä kookkaiden yksitasoisten grafeenikalvojen valmistus on edelleen haaste.

Lisäksi 3DTDS-järjestelmä avaa tien moniin fysikaalisiin ominaisuuksiin, kuten jättimäinen diamagnetismi, kvanttitason magnetoresistanssi aineen sisuksissa, ainutlaatuiset Landau-tason rakenteet vahvoissa magneettikentissä ja värähtelevät kvanttispin Hall-efektit.

Uudet ominaisuudet voivat olla eduksi tulevaisuuden elektroniikalle. Tulevaisuudessa 3DTDS-järjestelmät voivat toimia myös ihanteellisena alustana spintroniikan sovelluksille.