Топологический изолятор учёные исследовали на тепловой эффект трения

Топологический изолятор учёные исследовали на тепловой эффект трения

Топологические изоляторы — инновационные материалы, обладающие свойствами проводить электричество на поверхности структуры, но действующие как изоляторы внутри. Физиками Базельского и Стамбульского университетов исследуется реакция топологических изоляторов на трение. Как показывает эксперимент, тепло, выделяемое в процессе трения, значительно ниже, чем тепло выделяемое в тех же условиях обычными материалами. Налицо новый квантовый механизм.

Инновации для электронной и компьютерной промышленности

Благодаря уникальным электрическим свойствам, топологические изоляторы обещают массу инноваций для электронной и компьютерной промышленности, а также в области разработки квантовых компьютеров. Практически без сопротивления проводит электричество тонкий поверхностный слой, что приводит к меньшему нагреву, чем дают традиционные материалы. Это делает топологические изоляторы особенно интересными для электронных компонентов.

Кроме того, в случае с топологическими изоляторами, электронное трение (электронно-опосредованное преобразование электрической энергии в тепло) допустимо уменьшить и контролировать. Исследовательской группе, включающей специалистов:

  • Базельского университета,
  • Швейцарского института нанонауки,
  • Стамбульского технического университета,

удалось экспериментально проверить и продемонстрировать, как именно происходит переход от энергии к теплу за счёт трения — процесса, известного как диссипация.

Группа физиков факультета Базельского университета исследовала влияние фактора трения на поверхность топологического изолятора на основе теллурида висмута. Для исследований  учёными был задействован атомно-силовой микроскоп, настроенный на работу маятника. В этом варианте наконечник проводящего микроскопа, сделанный из золота, колеблется взад и вперёд чуть выше двумерной поверхности топологического материала.

Когда в область наконечник микроскопа подаётся напряжение, движение маятника вызывает небольшой электрический ток на поверхности. Для обычных материалов часть этой электрической энергии преобразуется в тепло за счёт трения. Результат на проводящей поверхности топологического изолятора выглядит совсем иначе. В этом случае потери энергии на преобразование в тепло значительно снижаются.

Новый квантово-механический принцип диссипации

Выполненные учёными измерения ясно показывают — при определённых напряжениях тепло, вызванное электронным трением, практически не выделяется. Исследовательской группе также впервые удалось увидеть новый квантово-механический принцип диссипации, возникающий только при определённых напряжениях.

В таких условиях электроны мигрируют из наконечника через промежуточное состояние в материал — подобно эффекту туннелирования, наблюдаемого в системе сканирующего туннельного микроскопа. Так вот, регулировкой напряжения удаётся влиять на рассеивание. Эти измерения подтверждают значительный потенциал топологических изоляторов, поскольку электронное трение допустимо целенаправленно контролировать.


При помощи информации: Unibas