Новое понимание взаимодействия топологических изоляторов
Недавно было показано, что дителлурид вольфрама (WTe2) является многообещающим материалом для реализации топологических состояний. Они считаются ключом к новым «спинтронным» устройствам и квантовым компьютерам будущего из-за их уникальных электронных свойств. Физики из Forschungszentrum Jülich впервые смогли понять, как можно систематически изменять топологические свойства многослойных систем WTe2 с помощью исследований под сканирующим туннельным микроскопом. Результаты были опубликованы в журнале Nano Letters.
Впечатление художника от сканирующей туннельной микроскопии скрученных слоев WTe2. Предоставлено: Forschungszentrum Jülich / Sebastian Droege
Топологические изоляторы стали известны за пределами экспертных кругов благодаря Нобелевской премии по физике 2016 года. Однако их исследования все еще находятся в зачаточном состоянии, и многие фундаментальные вопросы остаются без ответа. Одной из отличительных особенностей соединения WTe2 является то, что оно проявляет целый ряд экзотических физических явлений в зависимости от толщины его слоя. Атомарно-тонкие слои являются изолирующими на поверхности, но благодаря своей кристаллической структуре они имеют так называемые топологически защищенные краевые каналы. Эти краевые каналы электропроводны, и проводимость зависит от спина электронов. Если два таких слоя накладываются друг на друга, то в зависимости от того, как слои выровнены, происходят совершенно разные взаимодействия.
Если два слоя не выровнены, проводящие краевые каналы в двух слоях взаимодействуют минимально. Однако если их закрутить ровно на 180°, топологическая защита, а также краевые каналы исчезнут, и вся система станет изолирующей. Кроме того, при минимальном закручивании всего в несколько градусов образуется периодическая сверхструктура, так называемая муаровая решетка, которая дополнительно модулирует электропроводность. Исследователи из Института Питера Грюнберга (PGI-3) впервые смогли изучить эти свойства локально в атомном масштабе с помощью сканирующего туннельного микроскопа, что дало важные сведения о взаимодействиях между слоями.
Муаровый рисунок скрученных на 5,5° слоев WTe2. Предоставлено: Forschungszentrum Jülich / Felix Lüpke
