Wetenschappers zijn al tientallen jaren op zoek naar nieuwe materialen die een revolutie teweeg kunnen brengen in de elektronica. Een veelbelovende kandidaat is een klasse materialen die bekend staat als topologische isolatoren en die het potentieel hebben om elektriciteit met zeer weinig weerstand te geleiden. Dit zou ze ideaal kunnen maken voor gebruik in transistors van de volgende generatie, de basisbouwstenen van alle elektronische apparaten.

In een nieuwe studie hebben onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley, een nieuwe manier ontdekt waarop elektronen door topologische isolatoren reizen. Deze bevinding zou inzichten kunnen verschaffen in het ontwerpen van topologische isolatoren met nog betere elektrische eigenschappen, waardoor we een stap dichter bij de volgende generatie elektronische apparaten komen.

Topologische isolatoren:een korte introductie

Topologische isolatoren zijn een klasse materialen die worden gekenmerkt door hun ongebruikelijke elektronische eigenschappen. In gewone isolatoren zijn elektronen gelokaliseerd op specifieke atomen en kunnen ze niet vrij bewegen. In topologische isolatoren kunnen elektronen echter vrij langs de randen van het materiaal bewegen. Dit komt omdat topologische isolatoren een unieke bandstructuur hebben, de energieverdeling van elektronen in het materiaal.

De bandstructuur van een topologische isolator wordt gekenmerkt door twee kenmerken:een bandafstand en een topologische invariant. De bandafstand is een energiegebied waar geen elektronentoestanden zijn toegestaan. De topologische invariant is een getal dat de topologische eigenschappen van het materiaal beschrijft.

De topologische invariant van een topologische isolator houdt verband met het aantal randtoestanden dat het materiaal heeft. In een tweedimensionale topologische isolator is de topologische invariant gelijk aan het aantal randtoestanden. Dit betekent dat een tweedimensionale topologische isolator met een topologische invariant van 1 één randtoestand zal hebben.

Hoe elektronen door topologische isolatoren reizen

In het vorige artikel hebben we onderzocht hoe elektronen door topologische isolatoren reizen. We ontdekten dat elektronen vrij langs de randen van topologische isolatoren kunnen bewegen met een opening, wat een topologisch kenmerk van deze materialen is.

De manier waarop elektronen door topologische isolatoren reizen is analoog aan de manier waarop water door een rivier stroomt. In een rivier stroomt water langs de rivierbedding en de oevers van de rivier. In een topologische isolator stromen elektronen langs de randen van het materiaal.

Deze analogie kan ons helpen begrijpen hoe de eigenschappen van topologische isolatoren kunnen worden gebruikt om nieuwe elektronische apparaten te creëren. Het feit dat elektronen vrij langs de randen van topologische isolatoren kunnen stromen, zou bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt om transistors te creëren die sneller en efficiënter zijn dan traditionele transistors.

Conclusie

Topologische isolatoren vormen een veelbelovende nieuwe klasse materialen die het potentieel hebben om een ​​revolutie teweeg te brengen in de elektronica. De unieke eigenschappen van deze materialen kunnen worden gebruikt om nieuwe elektronische apparaten te creëren die sneller, efficiënter en krachtiger zijn dan traditionele apparaten.