Rendu de l'hydrogénation résolvant un défi exceptionnel dans les classes de chalcogénures d'isolants et d'aimants topologiques tridimensionnels (3D). Crédit :Lukas Zhao
Une équipe dirigée par la physicienne du City College de New York, Lia Krusin-Elbaum, est à l'origine de recherches qui pourraient ouvrir un large éventail de nouvelles plates-formes de dispositifs quantiques pour exploiter les états topologiques émergents pour la nano-spintronique et l'informatique quantique tolérante aux pannes.
Le groupe de physiciens et de chimistes a inventé une nouvelle technique simple et puissante qui utilise l'hydrogène ionique pour réduire la densité des porteurs de charge dans la masse des isolants et aimants topologiques tridimensionnels (3D). Le résultat est que des canaux de conduction quantique de surface ou de bord robustes et non dissipatifs sont accessibles pour la manipulation et le contrôle. Leur recherche, "Courants de surface topologiques accessibles par hydrogénation réversible de la masse tridimensionnelle", est publiée dans la revue Nature Communications .
La nouvelle technique de réglage de l'hydrogène des matériaux topologiques à base de chalcogène et des nanostructures mises en œuvre dans une chambre de laboratoire utilise l'insertion et l'extraction d'hydrogène ionique à partir d'une solution aqueuse diluée d'acide chlorhydrique (HCl), qui laisse la structure cristalline topologique en couches ainsi que les bandes électroniques intactes et présente l'avantage supplémentaire d'éliminer l'oxyde de surface natif tout en passivant les surfaces. Dans ce processus, que l'équipe du City College teste dans le laboratoire Krusin pour le transport électrique bidimensionnel, les électrons sont donnés par une liaison réversible de H + les ions aux chalcogènes, tels que Te ou Se, et les densités de porteurs en vrac sont réduites par des ordres de grandeur pour accéder à des états de surface topologiques robustes sans altérer la mobilité des porteurs ou la structure de bande.
"La principale avancée de ces travaux est que le nouveau processus d'hydrogénation est entièrement réversible, car la fraction hydrogène-chalcogène peut être dissociée par un protocole de recuit à basse température dans lequel l'hydrogène est facilement éliminé", a déclaré Krusin-Elbaum, professeur à la division de CCNY. La science. "Il est également multi-cyclable et reproductible, résolvant ainsi l'une des principales limitations des isolants topologiques magnétiques et non magnétiques et peut être appliqué non seulement après la croissance aux matériaux, mais également aux nanodispositifs entièrement fabriqués."
La recherche au laboratoire Krusin se concentre sur l'exploration de nouveaux phénomènes quantiques tels que l'effet Quantum Anomalous Hall (QAH), qui décrit un isolant qui conduit un courant sans dissipation dans des canaux discrets sur ses surfaces, la supraconductivité 2D et les phénomènes d'état d'axion avec un transport thermique quantifié, tous avec le potentiel, s'ils sont industrialisés, de faire progresser les technologies écoénergétiques.
Krusin-Elbaum et son équipe ont déclaré que la technique qu'ils ont démontrée est très générale et pourrait finalement faire progresser le potentiel des aimants topologiques intrinsèques pour transformer la future électronique quantique. Une nouvelle étude révèle une relation topologique charge-entropie dans l'aimant kagome Chern
