Tungsten di-telluride (WTe₂ ) heeft onlangs bewezen een veelbelovend materiaal te zijn voor de realisatie van topologische toestanden. Deze worden vanwege hun unieke elektronische eigenschappen beschouwd als de sleutel tot nieuwe "spintronische" apparaten en kwantumcomputers van de toekomst. Natuurkundigen van Forschungszentrum Jülich hebben nu voor het eerst kunnen begrijpen hoe de topologische eigenschappen van meerlaagse WTe₂ systemen kunnen systematisch worden gewijzigd door middel van studies onder een scanning tunneling microscoop. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nano Letters .

Dankzij de Nobelprijs voor de natuurkunde 2016 werden topologische isolatoren buiten deskundige kringen bekend. Hun onderzoek staat echter nog in de kinderschoenen en veel fundamentele vragen blijven onbeantwoord. Een van de onderscheidende kenmerken van de verbinding WTe₂ is dat het een hele reeks exotische fysische verschijnselen vertoont, afhankelijk van de laagdikte. Atomair dunne lagen isoleren aan het oppervlak, maar vertonen door hun kristalstructuur zogenaamde topologisch beschermde randkanalen. Deze randkanalen zijn elektrisch geleidend en de geleiding is afhankelijk van de spin van de elektronen. Als twee van dergelijke lagen op elkaar worden gestapeld, treden er cruciale verschillende interacties op, afhankelijk van hoe de lagen zijn uitgelijnd.

Als de twee lagen niet zijn uitgelijnd, werken de geleidende randkanalen in de twee lagen slechts minimaal samen. Als ze echter exact 180° worden gedraaid, verdwijnen zowel de topologische bescherming als de randkanalen en wordt het hele systeem isolerend. Bovendien vormt zich met een minimale draaiing van slechts enkele graden een periodieke bovenbouw, een zogenaamd moiré-rooster, die bovendien de elektrische geleidbaarheid moduleert. Onderzoekers van het Peter Grünberg Instituut (PGI-3) hebben deze eigenschappen nu voor het eerst lokaal op atomaire schaal kunnen bestuderen met behulp van een scanning tunneling microscoop, wat cruciale inzichten geeft in de interacties tussen de lagen.

Wetenschappers maken een beeld van geleidende randen in een veelbelovend 2D-materiaal