FLEET-onderzoekers bereikten in 2017 een belangrijke mijlpaal in de zoektocht naar een functionele topologische transistor, met behulp van een aangelegd elektrisch veld om de elektronische geleidingsmodus van een topologisch materiaal te schakelen.

Een 'gate'-elektrode werd gebruikt om de geleidingsmodus in het topologische materiaal Na . te schakelen ₃ Bi.

nee ₃ Bi is een topologisch Dirac-halfmetaal (TDS), een materiaal dat '3-D grafeen' wordt genoemd.

"Elektronen die binnen een TDS reizen, gedragen zich op dezelfde manier als grafeen, relativistisch bewegen (dwz alsof ze geen massa hebben), " legt FLEET-associate-onderzoeker Dr. Mark Edmonds uit, een co-auteur op het papier.

Geleidingsmodus in de TDS werd geschakeld tussen 'n-type' geleiding (waarbij de stroom wordt gedragen door elektronen) en 'p-type' geleiding (waarbij de stroom wordt gedragen door gaten - effectief, ontbrekende elektronen).

Het werk vertegenwoordigde de eerste succesvolle, eenvoudig, dunnefilmtransistor gemaakt van een topologisch halfmetaal en de eerste transistor gemaakt van Na ₃ Bi.

Als de eerste transistor gemaakt van een topologisch Dirac-halfmetaal in vaste toestand, dunne film vorm, dit toont aan dat de technologie geschikt is voor verwerking tot elektronische apparaten over grote gebieden.

Als eerste demonstratie dat elektronische eigenschappen met succes kunnen worden gemanipuleerd door een aangelegd elektrisch veld, het was ook een stap op weg naar meer complexe, schakelbare topologische transistoren.

bij complexe, schakelbare topologische transistoren, de sleutel is de mogelijkheid om een ​​materiaal te wisselen tussen een conventionele isolator, en de topologische toestand. Ideaal, een dergelijke schakeling zou worden bewerkstelligd via een elektrisch veld dat wordt geïnduceerd door een spanning die wordt aangelegd aan de poortelektrode van de transistor.

Een dergelijke technologie zou een topologisch Dirac-halfmetaal als kanaalmateriaal gebruiken, evenwicht tussen een conventionele isolator en een topologische isolator.

"Deze resultaten maken het topologische Dirac-halfmetaal Na ₃ Bi een ongelooflijk vruchtbaar platform voor het verkennen van een aantal zeer opwindende nieuwe gebieden van de natuurkunde, " zegt FLEET PhD-student James Collins, een co-auteur van het onderzoek.

"Het betekent Na ₃ Bi is een ideaal startpunt om controle over de topologische eigenschappen van een materiaal te realiseren."

Dit werk is daarom een ​​belangrijke stap in de richting van twee hoofddoelen voor FLEET's onderzoeksthema 1. die tot doel heeft elektronische paden met ultralage weerstand te ontwikkelen via topologische materialen:

• Een atomair dunne topologische isolator met een bandafstand groter dan 77 graden Kelvin
• Succesvol omschakelen van een conventionele isolator naar een topologische isolator.

Het project vertegenwoordigde een succesvolle interdisciplinaire samenwerking tussen experts in dunnefilmgroei en elektronische karakterisering aan de Monash University, en theoretische modellering onder leiding van FLEET Associate Investigator Dr. Shaffique Adam aan de National University of Singapore.

De studie is gepubliceerd in Fysiek beoordelingsmateriaal in oktober 2017, Vol. 1, uitgave 5.

Topologische transistoren en FLEET

Het succesvol omschakelen van een materiaal van conventionele isolator naar topologische isolator is een belangrijke stap op weg naar topologische transistoren.

Topologische isolatoren zijn nieuwe materialen die zich in hun interieur als elektrische isolatoren gedragen, maar kunnen een stroom langs hun randen voeren. In tegenstelling tot een conventioneel elektrisch pad, dergelijke topologische randpaden kunnen elektrische stroom voeren met een energiedissipatie van bijna nul, wat betekent dat topologische transistors kunnen schakelen zonder energie te verbranden. Topologische materialen werden erkend in de 2016 Nobelprijs voor de natuurkunde.

Topologische transistoren zouden 'schakelen, " net als een traditionele transistor. De toepassing van een poortpotentiaal zou de randpaden in een Na . veranderen ₃ Bi-kanaal tussen een topologische isolator ('aan') en een conventionele isolator ('uit').