Meglepő, és a fizika néhány alapvető tézisét megrengető felfedezést tett Vidya Madhavan és Stephen Wilson, a Boston College két kutatója. Az elméleti és kísérleti fizikusok által korábban is tanulmányozott úgynevezett topológiai szigetelők felszínét kutatva arra a következtetésre jutottak, hogy azokon az elektronok a tőlük elvárható tulajdonságokhoz képest gyakran igencsak eltérően viselkednek.
A topológiai szigetelők felületén az elektronok úgy viselkednek, mint a fotonok vagy a fényhullámok egyéb alkotó elemei. Ám ellentétben azokkal, az elektronok viselkedésében meghatározó a tömegük. A kvantumfizika világában a közismert anyagok tulajdonságai meglepő módon változnak meg, szigetelő felületükön az elektronok szokatlan módon fényre jellemző tulajdonságokat mutatnak. A kutatók emiatt a tulajdonságuk miatt elképzelhetőnek tartják, hogy ezeket a szigetelőket a kvantumszámítógépekben vagy a spintronikában is alkalmazhatjuk a jövőben.
A bostoni kutatók arról számoltak be, hogy a bizmut-telluriddal készült szigetelő anyag felületén elhelyezkedő apró hullámfodrok úgynevezett Dirac-elektronokat modulálnak, melyek áramlása tökéletesen leképezi a kristályos szerkezet felszínét. Madhavan és Wilson pásztázó elektronmikroszkóppal fel tudták térképezni ezeknek az emelkedő és eső kis fodrozódásoknak a tulajdonságait, és ez lehetővé tette a kutatók számára, hogy közvetlen összefüggést tárjanak fel a fodrozódások működése és az anyag felületén képződő hullámok modulációja között. Az elektronok áramlása nem kaotikus, hanem határozott utat követ a kompozit felületen, eljárását a két tudós ezért is úgy írta le, mint „hullám-modulált elektronikus szerkezet 3D-s topológiai szigetelőn.” A hullámok terjedése annyira harmonikus volt a mintegy 100 nanométeres területen, hogy a kutatók szerint a kristályszerkezet nanoméretű „tájának” megváltoztatásával egy 1 D-s kvantum vezetéket lehet létrehozni, mely szétszóródás nélkül képes vezetni az áramot. Az így fodrozott felületek jobban ellenőrizhetőek, és elkerülhetővé válik a többi módszer néhány gyengéje, mint például az adalékként használt vegyi anyagok veszélye.
Madhavan a Nature-nek elmondta, hogy a szigetelő felszínén lévő elektronok nyugalmi állapotát változtatták meg, melyek úgy viselkedtek, mint a sima felületű tó. Mikor a kutatók szennyeződésekkel zavarták meg az elektronokat, azok a vízbe dobott kő hatására keletkező hullámmozgást produkálták. Az elektronok úgy viselkedtek, mint a fényhullámok, és útjukkal leképezték a kristályszerkezet kontúrjait. Hozzátette, hogy előzetesen nem számítottak arra, hogy az elektronok a felszín topográfiáját követni fogják. Az ugyanis szinusz hullámokat hoz létre. A fodrozódás adta meg a lehetőséget az elektronoknak, hogy kövessék a „tájat”.
Forrás: Innoportal.hu
Szerző: Matykó Károly