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Sonntag, 06 Februar 2022 10:30

Ultradünne topologische Isolatoren

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Geschätzte Lesezeit: 1 - 2 Minuten
Messung mit dem 4-Spitzen-Rastertunnelmikroskop Messung mit dem 4-Spitzen-Rastertunnelmikroskop

Am Forschungszentrum Jülich konnten mithilfe eines speziellen Vierspitzen-Rastertunnelmikroskops erstmals die außergewöhnlichen elektrischen Eigenschaften gemessen werden, die in ultra-dünnen topologischen Isolatoren bestehen. Diese resultieren daraus, dass der Elektronen- Spin an die Stromrichtung gekoppelt ist, was eine Voraussetzung für den Einsatz in einem topologischen Quantencomputer ist.

In diesem könnte durch den Einsatz topologischer Isolatoren die bisherige Fehleranfälligkeit der Quantenbits minimiert werden. Die Suche nach einem Materialsystem mit den passenden Eigenschaften ist noch in vollem Gange.

Topologische Isolatoren verhalten sich in ihrem Inneren wie ein Isolator, leiten dort also keinen Strom, ihre Oberfläche ist jedoch leitfähig. Die Bewegungsrichtung ist dabei streng an den Spin der Elektronen gekoppelt. Ein Spezialfall sind die erst vor einigen Jahren entdeckten 3D topologischen Isolatoren. Diese sind, wenn man sie sich als Würfel vorstellt, an allen sechs Seiten leitfähig. Die Leitfähigkeit an der Oberfläche nimmt jedoch ab, wenn man sie immer dünner und dünner macht, wie Forscher des Jülicher Peter Grünberg Instituts für Quantum Nanoscience nun zeigen konnten. Was schließlich übrig bleibt, ist eine dünne, nur wenige Nanometer dicke Schicht mit vier leitfähigen Kanten, an denen elektrischer Strom weiterhin spingerichtet fließt.

Bei der aktuellen Studie kam außerdem eine neue Methode zum Einsatz, welche die Positionierung der Messspitzen mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern noch exakter macht.

www.fz-juelich.de

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