Рендеринг гидрирования решает непростую задачу в классах халькогенидов трехмерных (3D) топологических изоляторов и магнитов. Кредит: Лукас Чжао

Команда под руководством физика из Городского колледжа Нью-Йорка Лии Крузин-Эльбаум стоит за исследованиями, которые могут открыть множество новых платформ квантовых устройств для использования возникающих топологических состояний для нано-спинтроники и отказоустойчивых квантовых вычислений.

Группа физиков и химиков изобрела новый простой и мощный метод, использующий ионный водород для уменьшения плотности носителей заряда в объеме трехмерных (3D) топологических изоляторов и магнитов. В результате можно получить доступ к надежным недиссипативным поверхностным или краевым каналам квантовой проводимости для манипулирования и контроля. Их исследование «Топологические поверхностные токи, полученные через обратимое гидрирование трехмерного объема» опубликовано в журнале Nature Communications.

Новый метод настройки водородом топологических материалов и наноструктур на основе халькогена, реализованный в лабораторной камере, использует введение и извлечение ионного водорода из разбавленного водного раствора соляной кислоты (HCl), что оставляет слоистую топологическую кристаллическую структуру, а также электронные полосы нетронутыми имеет дополнительное преимущество, заключающееся в удалении естественного поверхностного оксида при пассивации поверхностей. В этом процессе, который команда Городского колледжа тестирует в лаборатории Крузина для двумерного электрического транспорта, электроны отдаются за счет обратимого связывания ионов H + с халькогенами, такими как Te или Se, а плотность объемных носителей уменьшается на порядки для достижения доступа к устойчивым топологическим поверхностным состояниям без изменения подвижности носителей или зонной структуры.

«Главное достижение этой работы заключается в том, что новый процесс гидрирования является полностью обратимым, поскольку фрагмент водород-халькоген может быть диссоциирован с помощью протокола низкотемпературного отжига, при котором водород легко удаляется», — сказал Крусин-Эльбаум, профессор Отделения CCNY. Наука. «Он также может многократно циклироваться и воспроизводим, тем самым устраняя одно из ключевых ограничений магнитных и немагнитных топологических изоляторов и может применяться не только к материалам после выращивания, но и к полностью изготовленным наноустройствам».

Исследования в Лаборатории Крузина сосредоточены на изучении новых квантовых явлений, таких как квантовый аномальный эффект Холла (QAH), который описывает изолятор, проводящий ток без диссипации в дискретных каналах на его поверхности, двумерную сверхпроводимость и явления состояния аксионов, характеризующиеся квантованным переносом тепла. все с потенциалом в случае промышленного внедрения энергоэффективных технологий.

Крусин-Эльбаум и ее команда сказали, что продемонстрированная ими техника является очень общей и в конечном итоге может расширить потенциал внутренних топологических магнитов для преобразования будущей квантовой электроники.