Een team onder leiding van de natuurkundige Lia Krusin-Elbaum van het City College of New York staat achter onderzoek dat een breed scala aan nieuwe platformen voor kwantumapparaten zou kunnen openen voor het benutten van opkomende topologische toestanden voor nano-spintronica en fouttolerante kwantumcomputers.

De groep natuurkundigen en scheikundigen heeft een nieuwe gemakkelijke en krachtige techniek uitgevonden die ionische waterstof gebruikt om de ladingsdragerdichtheid in het grootste deel van driedimensionale (3D) topologische isolatoren en magneten te verminderen. Het resultaat is dat robuuste niet-dissipatieve oppervlakte- of randquantumgeleidingskanalen toegankelijk zijn voor manipulatie en controle. Hun onderzoek, "Topologische oppervlaktestromen toegankelijk via omkeerbare hydrogenering van de driedimensionale massa", verschijnt in het tijdschrift Nature Communications .

De nieuwe techniek voor het afstemmen van waterstof van op chalcogeen gebaseerde topologische materialen en nanostructuren, geïmplementeerd in een laboratoriumkamer, maakt gebruik van insertie en extractie van ionische waterstof uit verdunde waterige zoutzuur (HCl) -oplossing, waardoor de gelaagde topologische kristalstructuur en elektronische banden intact blijven en heeft een extra voordeel van het verwijderen van natieve oppervlakteoxide terwijl het oppervlak wordt gepassiveerd. In dit proces - dat het City College-team in het Krusin Lab test voor tweedimensionaal elektrisch transport - worden elektronen gedoneerd door een omkeerbare binding van H ⁺ ionen voor chalcogenen, zoals Te of Se, en de dichtheden van bulkcarriers worden met ordes van grootte verminderd om toegang te krijgen tot robuuste topologische oppervlaktetoestanden zonder de mobiliteit van de carrier of de bandstructuur te veranderen.

"De belangrijkste vooruitgang van dit werk is dat het nieuwe hydrogeneringsproces volledig omkeerbaar is, aangezien de waterstof-chalcogeengroep kan worden losgekoppeld door een gloeiprotocol bij lage temperatuur, waarbij waterstof gemakkelijk kan worden verwijderd", zegt Krusin-Elbaum, professor in de CCNY-afdeling van Wetenschap. "Het is ook meervoudig recyclebaar en reproduceerbaar, waardoor een van de belangrijkste beperkingen van magnetische en niet-magnetische topologische isolatoren wordt opgelost en kan niet alleen na de groei op materialen worden toegepast, maar ook op volledig gefabriceerde nano-apparaten."

Het onderzoek in het Krusin Lab concentreert zich op het verkennen van nieuwe kwantumverschijnselen zoals het Quantum Anomalous Hall (QAH)-effect, dat een isolator beschrijft die dissipatieloze stroom geleidt in discrete kanalen op het oppervlak, 2D-supergeleiding en axiontoestandsverschijnselen met een gekwantiseerd thermisch transport, allemaal met het potentieel om, indien geïndustrialiseerd, energie-efficiënte technologieën te bevorderen.

Krusin-Elbaum en haar team zeiden dat de techniek die ze hebben gedemonstreerd zeer algemeen is en uiteindelijk het potentieel van intrinsieke topologische magneten kan vergroten om toekomstige kwantumelektronica te transformeren. + Verder verkennen

Nieuwe studie onthult topologische lading-entropie relatie in kagome Chern magneet