Topologiaa magneetissa

Elektroniikan tavoitellessa yhä pienempiä transistoreita ja komponentteja niiden virrankulutus ja lämmöntuotanto aiheuttavat merkittäviä ongelmia laitteen suunnittelussa.

Topologisten materiaalien äskettäiset löydöt - uusi relativististen kvanttimateriaalien luokka - antavat suuren lupauksen energiaa säästävän elektroniikan käyttöön. Tutkijat Louisiana Consortium for Neutron Scatteringin professori John F. DiTusan johdolla sekä Tulanen yliopiston professori Zhiqiang Mao kanssa yhteistyökumppaneina Oak Ridge National Lab, National High Magnetic Field Laboratory, Florida State University ja New Orleansin yliopisto, raportoivat äskettäin topologisen käyttäytymisen ensimmäisestä havainnosta magneetissa, Sr1-yMn1-zSb2 (y, z <0,1).

"Tämä ensimmäinen havainto on merkittävä virstanpylväs uusien kvanttimateriaalien edistämisessä ja tämä keksintö avaa mahdollisuuden tutkia sen seurauksia. Varauksenkantajien lähes massattomalla käyttäytymisellä on mahdollisuuksia uusille laitekonsepteille, joissa hyödynnetään äärimmäisen vähäistä tehohäviötä", toteaa DiTusa.

Ilmaisu "topologiset materiaalit" viittaa materiaaleihin, joissa virtaa kantavat elektronit toimivat ikään kuin niillä ei olisi massaa, eli olisivat ominaisuuksiltaan kuin fotonit.

Erikoista on, että nämä sähköiset tilat ovat vankkoja ja immuuneja vioille ja häiriöille, koska ne ovat suojattuja siroamiselta symmetrian avulla. Tämä symmetriasuojaus johtaa erittäin korkeaan varauskuljettajien liikkuvuuteen, mikä aiheuttaa vähän tai ei ollenkaan resistanssia virran kululle. Tuloksilla odotetaankin olevan huomattava väheneminen lämmöntuotannossa ja energiansäästötehokkuudelle elektronisissa laitteissa.

Käytännön elektroniikkaan tällä löydöllä on vielä pitkä matka. Tulanen yliopiston ryhmää johtaneen fysiikan professori Zhiqiang Maon mukaan, "tuloksen odotetaan parantavan topologisten puolimetallien kiehtovien ominaisuuksien perustavaa laatua olevaa ymmärrystä".