Исследовательская группа из Университета Монаша обнаружила, что структура, состоящая из ультратонкого топологического изолятора, зажатого между двумя двумерными ферромагнитными изоляторами, становится широкозонным квантовым аномальным холловским изолятором.
Такая гетероструктура обеспечивает путь к созданию жизнеспособной электроники будущего со сверхнизким энергопотреблением или даже топологической фотогальваники.
В новой гетероструктуре исследователей ферромагнитный материал образует «хлеб» сэндвича, а топологический изолятор (т. е. материал с нетривиальной топологией) занимает место «начинки».
Сочетание магнетизма и нетривиальной зонной топологии приводит к квантовым аномальным изоляторам Холла (QAH), а также к экзотическим квантовым фазам, таким как эффект QAH, когда ток течет без диссипации вдоль квантованных краевых состояний.
Индуцирование магнитного порядка в топологических изоляторах за счет близости к магнитному материалу предлагает многообещающий путь к достижению эффекта QAH при более высоких температурах (приближающихся или превышающих комнатную температуру) для транспортных приложений без потерь.
Одна из многообещающих архитектур включает многослойную структуру, состоящую из двух отдельных слоев MnBi 2 Te 4 (двумерный ферромагнитный изолятор) по обе стороны от ультратонкого Bi 2 Te 3 посередине (топологический изолятор). Было предсказано, что эта структура даст надежную изоляторную фазу QAH с шириной запрещенной зоны, значительно превышающей тепловую энергию, доступную при комнатной температуре (25 мэВ).
Новое исследование Университета Монаша продемонстрировало рост гетероструктуры MnBi 2 Te 4 / Bi 2 Te 3 / MnBi 2 Te 4 с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии и исследовало электронную структуру структуры с помощью фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением.
«Мы наблюдали сильные, гексагонально деформированные массивные фермионы Дирака и ширину запрещенной зоны 75 мэВ», — говорит ведущий автор кандидат наук Киле Ли.
Магнитное происхождение щели было подтверждено наблюдением исчезновения запрещенной зоны выше температуры Кюри, а также нарушением симметрии обращения времени и обменным эффектом Рашбы, что прекрасно согласуется с расчетами теории функционала плотности.
«Эти результаты дают представление об эффектах магнитной близости в топологических изоляторах, которые будут перемещать транспорт без потерь в топологических изоляторах в сторону более высоких температур», — говорит руководитель группы Monash и ведущий автор доктор Марк Эдмондс.
