Elektroniikan tavoitellessa yhä pienempiä transistoreita ja komponentteja niiden virrankulutus ja lämmöntuotanto aiheuttavat merkittäviä ongelmia laitteen suunnittelussa. Amerikkalaiset tutkijat ovat edistyneet topologisten materiaalien tutkimuksessa, joissa virtaa kantavat elektronit toimivat ikään kuin niillä ei olisi massaa, eli olisivat ominaisuuksiltaan kuin fotonit.
Topologisten materiaalien äskettäiset löydöt - kyse on uudesta relativististen kvanttimateriaalien luokasta - antavat suuren lupauksen energiaa säästävän elektroniikan käyttöön. Louisianan Consortium for Neutron Scatteringin professori John F. DiTusan ja Tulanen yliopiston professori Zhiqiang Maon johdolla tutkijat ovat nyt raportoineet topologisen käyttäytymisen ensimmäisestä havainnosta magneetissa, Sr1-yMn1-zSb2 (y, z <0,1). Mukana hankkeessa ovat olleet myös Oak Ridge National Lab, National High Magnetic Field Laboratory, Florida State University ja New Orleansin yliopisto.
- Tämä ensimmäinen havainto on merkittävä virstanpylväs uusien kvanttimateriaalien edistämisessä ja tämä keksintö avaa mahdollisuuden tutkia sen seurauksia. Varauksenkantajien lähes massattomalla käyttäytymisellä on mahdollisuuksia uusille laitekonsepteille, joissa hyödynnetään äärimmäisen vähäistä tehohäviötä, toteaa DiTusa.
Ilmaisu "topologiset materiaalit" viittaa materiaaleihin, joissa virtaa kantavat elektronit toimivat ikään kuin niillä ei olisi massaa, eli olisivat ominaisuuksiltaan kuin fotonit.
Erikoista on, että nämä sähköiset tilat ovat vankkoja ja immuuneja vioille ja häiriöille, koska ne ovat suojattuja siroamiselta symmetrian avulla. Tämä symmetriasuojaus johtaa erittäin korkeaan varauskuljettajien liikkuvuuteen, mikä aiheuttaa vähän tai ei ollenkaan resistanssia virran kululle. Tuloksilla odotetaankin olevan huomattava väheneminen lämmöntuotannossa ja energiansäästötehokkuudelle elektronisissa laitteissa.
Käytännön elektroniikkaan tällä löydöllä on vielä pitkä matka. Tulanen yliopiston ryhmää johtaneen fysiikan professori Zhiqiang Maon mukaan, tuloksen odotetaan parantavan topologisten puolimetallien kiehtovien ominaisuuksien perustavaa laatua olevaa ymmärrystä.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 4.9.2017
