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研究人员揭示了宽带隙拓扑绝缘子

自2006年被发现以来,拓扑绝缘子已被广泛讨论为节能电子产品的有希望的途径。它们独特的高迁移率边缘态具有“量子铠装”形式,可保护它们免受电子散射事件的影响,否则电子散射事件会产生废热。

不幸的是,拓扑绝缘子的实际应用受到大多数已知材料中小的电子带隙的严重限制。这意味着,尽管它们在非常低的温度下会通过产生高度可移动的表面电子而很好地发挥作用,但在更高的温度下,体电子态占主导地位,并且这些状态并不比其他传统半导体好。

现在,由王晓琳教授(UOW)领导的团队与迈克尔·富勒(Monash)合作,结合了巧妙的化学方法和先进的电子测量技术,开发出一种新型的拓扑绝缘体,其“宽”带隙超过300 meV,是12倍大于室温系统的热能。

该研究的主要作者,赵维耀,博士。伍伦贡大学的一名学生解释说:“这种材料的特殊方面是宽禁带和坚固的表面状态的结合。”

先前的研究表明,将硫代入Sb 2 Te 3或Bi 2 Te 3拓扑绝缘体中会导致更大的带隙。然而,这在实践中非常困难,因为由于原子的尺寸失配,晶体结构变得不稳定。

为了实现稳定性,召使用基于硫通过较大钒和锡离子的产生的复合材料Vx的少量平衡的共置换的方案:碧1.08 -xSn 0.02锑0.9碲2 S.这样的化合物有时戏称为由于其化学式较长,因此被物理学家和化学家称为“电话号码”化合物。

该化合物是赵博士两年实验的高潮,而他现在正处于博士学位的最后一年。在卧龙岗。

一个关键的发现是带隙随着钒含量的增加而增加的明确证据。结合使用基于观察不同角度磁场的量子振荡的传输技术,该团队能够证明表面状态在高达50 K的高温下仍具有活性。这使该材料与最著名的材料相提并论。拓扑绝缘子。

由于固有带隙较大,通过降低缺陷浓度和部署纳米加工技术,可以进一步提高工作温度。

王教授说:“在大型拓扑绝缘体晶体上,在高达14特斯拉的磁场中,我们能够在高达50K的温度下观察到鲁棒的拓扑二维表面状态。这非常显着,因为大型3-D拓扑绝缘晶体可以用作新型衬底,以容纳新颖的量子态,例如马约拉纳费米子和其他自旋依赖性效应。”

这项开发符合FLEET内启用技术的主题,该技术旨在开发可在高温下运行的材料来代替计算技术中的硅。

论文“在厚的块状绝缘拓扑绝缘体中,鲁棒拓扑表面状态的量子振荡高达50 K ”已发表在npj Quantum Materials中。

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