Wissenschaftler der ETH Lausanne haben einen neuen topologischen Isolator entdeckt, der sich für künftige elektronische Techniken wie Spintronics eignet.
Topologische Isolatoren sind spezielle Materialien, die im Innern isolieren, aussen aber Elektronenbewegungen zulassen. Sie eignen sich deshalb für Zukunftstechniken wie Elektronikbauteile mit geringen oder keinen Leckströmen, Spintronics, wo die magnetische Ausrichtung der Elektronen statt deren Ladung für Rechenanwendungen verwendet wird, und vielleicht sogar für das Quanten-Computing. Beim Material, das die ETH-Wissenschafter nun als topologischen Isolator entdeckt haben, handelt es sich um Bismutiodid. Um neue topologische Isolatoren ausfindig zu machen, werden mögliche Materialien durch Computersimulationen identifiziert und sodann anhand von Experimenten weiter überprüft. Auf diese Weise ist Oleg Yazyev vom Institut für theoretische Physik der ETH Lausanne auf eine Material gestossen, das er als «kristalline Phase» von Bismutiodid beschreibt undim Wissenschaftsmagazin Nature Materials präsentiert.
Das neue Material unterscheidet sich aber im Vergleich zu bislang bekannten topologischen Isolatoren durch seine atomare Struktur. Dadurch weist es auch andere Eigenschaften auf. Ein Vorteil ist etwa, dass die Struktur von Bismutiodid geordneter ist und weniger natürliche Fehler aufweist. Letzteres ist wichtig um ein isolierendes Inneres zu haben. «Wir möchten, dass der Strom auf der Oberfläche geleitet wird und nicht im Innern», erklärt Yazyev. «Das tönt theoretisch einfach. In der Praxis weisen die Materialien aber Fehler auf. Deshalb benötigen wir etwas, das so wenige Fehler hat wie nur möglich», führt er weiter aus. Die Studien hätten nun gezeigt, dass die frühen Proben von Bismutiodid sehr rein seien, mit sehr kleinen Konzentrationen struktureller Unvollkommenheiten.
