Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Izolatory topologiczne w spintronice

Naukowcy korzystający ze środków unijnych zgromadzili dowody potwierdzające sposób działania izolatorów topologicznych, które mogłyby pozwolić na budowę urządzeń spintronicznych i komputerów kwantowych o dużo lepszych parametrach niż konwencjonalne urządzenia.
Izolatory topologiczne w spintronice
W odróżnieniu od większości materiałów będących albo izolatorami, albo przewodnikami, izolatory topologiczne posiadają obie te własności jednocześnie. W środku są one izolatorami, ale na powierzchni przewodzą prąd elektryczny. Ponieważ elektrony na powierzchni są bardzo ruchliwe i przenoszą również moment magnetyczny, ta nowa klasa materiałów może umożliwić budowę komponentów spintronicznych. Dokładniej mówiąc, komponenty spintroniczne nie wykorzystywałyby ruchu nośników ładunków takich jak elektrony (jak to ma miejsce w komponentach półprzewodnikowych), ale manipulowanie ich spinem.

Finansowany ze środków UE zespół fizyków badał, w jaki sposób można by kontrolować spiny elektronów w izolatorach topologicznych. W ramach projektu STIFNANO (Spintronics with topological insulator/ferromagnet nanodevices) zainstalowano dwukomorowy system epitaksji z wiązek molekularnych (MBE) w Katalońskim Instytucie Nanonauki i Nanotechnologii (ICN2) w Hiszpanii.

System MBE, umożliwiający tworzenie cienkich warstw epitaksjalnych o ultrawysokiej czystości, jest jednym z kilku tego rodzaju w Europie. Fizycy wykorzystali to wyjątkowe laboratorium do wyhodowania izolatorów topologicznych o dokładnie określonym składzie i grubości. Opracowano też nowe procedury tworzenia różnych izolatorów topologicznych na bazie bizmutu.

Jednym z najważniejszych osiągnięć projektu STIFNANO było całkowite wyeliminowanie defektów w monokrystalicznych cienkich warstwach przeznaczonych do izolatorów topologicznych. Rozległe defekty kryształów często występują w tych materiałach i utrudniają obserwację zjawisk zachodzących na ich powierzchni.

Ponadto, fizycy opracowali instalację eksperymentalną umożliwiającą badanie heterostruktur złożonych z izolatorów topologicznych i ferromagnetyków. Uzyskanie wywoływanego przez wymianę spinu i ładunku ferromagnetyzmu na ich granicy faz stanowi nowatorską metodę budowy urządzeń przejawiających właściwości kwantowe.

System eksperymentalny STIFNANO został już użyty do wykonania pierwszych w historii pomiarów rezonansu ferromagnetycznego indukowanego przez prąd. Zwiększony zmierzony magnetyzm międzyfazowy może mieć bardzo istotne znaczenie dla budowy nowych urządzeń spintronicznych, wykonujących obliczenia w oparciu o prawa mechaniki kwantowej.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Izolatory topologiczne, spintronika, STIFNANO, ferromagnetyki, cienkie warstwy
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę