Топологический изолятор — это материал с уникальной структурой. Основная его часть не позволяет потоку электронов проходить внутри, в то время как тонкие слои по краям обладают высокой проводимостью электрического тока. Учитывая эти странные свойства, топологические изоляторы могут содержать некоторые интригующие квантовые состояния. Их изучением и занимались специалисты Принстонского университета, пишет New Atlas.
Ученые экспериментировали с неорганическим соединением, известным под названием бромид висмута. Оказалось, что он имеет правильную ширину изолирующего барьера, в котором электроны не могут существовать с определенными энергетическими уровнями. Эта «запрещенная зона» бромида висмута составляет более 200 миллиэлектронвольт, что является «золотым пятном» для поддержания стабильного квантового состояния при комнатной температуре.
Напомним: большинство квантовых состояний чрезвычайно хрупки. Основной триггер для них — это тепло. Когда материалы нагреваются, атомы в них вибрируют с более высокими энергиями, что нарушает квантовое состояние. Таким образом, большинство экспериментов и технологий, использующих квантовые эффекты, необходимо проводить при температурах, близких к абсолютному нулю, когда движение атомов резко замедляется. Но это, в свою очередь, делает подобные технологии непрактичными для более широкого использования.
Исследователи подтвердили, что бромид висмута продемонстрировал квантовый эффект Холла — свойство, уникальное для топологических систем — при комнатной температуре. Этот прорыв будет полезен для развитии спинтроники. Речь идет о разделе квантовой электроники, для которого характерно кодирование данных в спинах электронов с более высокой эффективностью, чем в современной электронике.
«Просто потрясающе, что мы достигли этого без использования гигантского давления или сверхвысокого магнитного поля, — говорит Нана Шумия, соавтор исследования. — Я считаю, что наше открытие значительно продвинет квантовые границы». По ее словам, бромид висмута и другие подобные материалы являются доступным «сырьем» для разработки квантовых технологий следующего поколения.