Topolojik nanoelektronik
Topolojik yalıtkanlar şaşırtıcı özelliklere sahip malzemelerdir: Elektrik akımı yalnızca yüzeyleri veya kenarları boyunca akarken, malzemenin içi yalıtkan olarak davranır. 2007'de Almanya'nın Bavyera kentindeki Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg'da Prof. Laurens Molenkamp, bu topolojik durumların varlığını deneysel olarak gösteren ilk kişi oldu. Ekibi bu seminal işi cıva ve tellür (HgTe) bazlı kuantum kuyularıyla gerçekleştirdi. O zamandan beri, bu yeni malzemeler, örneğin bilgi teknolojisi için yenilikler vaat eden, temelde yeni bir bileşen neslinin ümidi olmuştur.
JMU’daki fizikçiler, ilk kez bu tür bileşenler için temel bir unsur olan bir Kuantum Nokta Kontağı (QPC) oluşturmayı başardılar. Bu başarısını Nature Physics dergisindeki son bir yayında sunarlar .
Topolojik devletler için sınırlandırma
Kuantum nokta temasları, aksi takdirde ince bir kaç atomik tabaka olan iki boyutlu yapılarda yarı tek boyutlu daralmalardır. İletken durumların yalnızca kenarlara yerleştirildiği topolojik HgTe kuantum oyuklarında , bu kenar durumları mekansal olarak QPC'de birleştirilir. Bu yakınlık, kenar durumları arasındaki potansiyel etkileşimlerin araştırılmasını mümkün kılar.
“Bu deney yalnızca litografik yöntemlerimizdeki bir atılım nedeniyle işe yarayabilirdi. Topolojik malzemeye zarar vermeden inanılmaz derecede küçük yapılar yaratmamızı sağladı. Bu teknolojinin topolojik nanoyapılardaki etkileyici, yeni etkileri bulmamızı sağlayacağına ikna oldum. yakın gelecek "dedi.
Etkileşim yoluyla anormal iletkenlik davranışı
Gelişmiş bir üretim süreci kullanarak , JMU fizikçileri, darboğazı hassas ve hassas bir şekilde yapılandırmayı başardılar. Bu teknolojik ilerleme , sistemin topolojik özelliklerini işlevselleştirmelerini sağlamıştır.
Bu bağlamda, Profesör Laurens Molenkamp ve Björn Trauzettel başkanlığındaki ekip, ilk defa anormal iletkenlik imzaları kullanarak bir sistemin farklı topolojik durumları arasındaki etkileşim etkilerini gösterebildi. Würzburg araştırmacıları, analiz edilen topolojik QPC'lerin bu özel davranışını tek boyutlu elektronik sistemlerin fiziğine bağlamaktadır.
Tek boyutlu etkileşimli elektronlar
Elektronik korelasyonlar bir uzamsal boyutta analiz edilirse, elektronlar - iki veya üç uzamsal boyuttan farklı olarak - iyi düzenlenmiş bir şekilde hareket ederler, çünkü öncü elektronu "sollama" olasılığı yoktur. Resimsel olarak konuşursak, bu durumda elektronlar zincirdeki inciler gibi davranırlar.
Tek boyutlu sistemlerin bu özel özelliği ilginç fiziksel olaylara yol açar. Trauzettel şöyle diyor: “Güçlü Coulomb etkileşimi ve spin yörünge birleşmesi etkileşimi doğada nadirdir. Bu nedenle bu sistemin gelecek yıllarda temel keşifler yapmasını bekliyorum.
Gelecekteki araştırmalar için Outlook
Topolojik QPC'ler, son yıllarda teoride öngörülen birçok uygulama için temel bir bileşendir.
Bu türden özellikle öne çıkan bir örnek, İtalyan fizikçi Ettore Majorana'nın 1937'de öngördüğü Majorana fermiyonlarının olası gerçekleşmesidir. Topolojik kuantum bilgisayarları ile bağlantılı olarak ümit verici bir uygulama potansiyeli, bu uyarmalara atfedilmektedir.
Bu amaçla, yalnızca Majorana fermiyonlarını tespit etmek için değil, aynı zamanda onları istedikleri şekilde kontrol edip manipüle edebilmek de büyük önem taşıyor. İlk olarak JMU Würzburg'da uygulanan topolojik QPC, bu konuda heyecan verici bir bakış açısı sunuyor.
