何十年もの間、科学者は電子機器に革命をもたらす可能性のある新しい材料を探してきました。有望な候補者の1つは、トポロジカル絶縁体として知られる材料のクラスであり、抵抗がほとんどない電気を実行する可能性があります。これにより、すべての電子デバイスの基本的なビルディングブロックである次世代トランジスタでの使用に理想的になります。
新しい研究では、カリフォルニア大学バークレー校の研究者は、電子がトポロジー絶縁体を通過する新しい方法を発見しました。この発見は、さらに優れた電気特性を備えたトポロジークラスの設計方法に関する洞察を提供し、次世代の電子デバイスに一歩近づくことができます。
トポロジカル絶縁体：簡単な紹介
トポロジカル絶縁体は、異常な電子特性を特徴とする材料のクラスです。通常の絶縁体では、電子は特定の原子に局在しており、自由に動くことはできません。ただし、トポロジカル絶縁体では、電子は材料の端に沿って自由に動くことができます。これは、トポロジカル絶縁体が材料内の電子のエネルギー分布であるユニークなバンド構造を持っているためです。
トポロジカル絶縁体のバンド構造は、バンドギャップとトポロジカル不変の2つの特徴によって特徴付けられます。バンドギャップは、電子状態が許可されていないエネルギーの領域です。トポロジカルな不変とは、材料のトポロジカル特性を説明する数字です。
トポロジカル絶縁体のトポロジカル不変は、材料が持っているエッジ状態の数に関連しています。 2次元のトポロジカル絶縁体では、トポロジカルな不変はエッジ状態の数に等しくなります。これは、1のトポロジカルな不変性を持つ2次元トポロジー絶縁体に1つのエッジ状態があることを意味します。
電子がトポロジー絶縁体を通過する方法
前の記事では、電子がトポロジカル絶縁体を通過する方法を調査しました。私たちは、これらの材料のトポロジカルな特徴であるトポロジカル絶縁体の端に沿って自由に移動できることを発見しました。
電子がトポロジカル絶縁体を通って移動する方法は、水が川を流れる方法に類似しています。川では、川底と川のほとりに沿って水が流れます。トポロジカル絶縁体では、電子が材料の端に沿って流れます。
このアナロジーは、トポロジカル絶縁体の特性を使用して新しい電子デバイスを作成する方法を理解するのに役立ちます。たとえば、電子がトポロジカル絶縁体の端に沿って自由に流れることができるという事実は、従来のトランジスタよりも速く効率的なトランジスタを作成するために使用できます。
結論
トポロジカル絶縁体は、電子機器に革命をもたらす可能性がある有望な新しいクラスの材料です。これらの材料のユニークなプロパティを使用して、従来のデバイスよりも高速で効率的で、より強力な新しい電子デバイスを作成できます。
