Гейслера Матеріали: золота жила для технологій майбутнього

Нові квантові стану речовини виявлені в Гейслера сполук - Дослідники з Майнца і Стенфордського прокласти шлях для спінтроніки, квантових обчислень і зовсім нові фізичні ефекти

Протягом багатьох років, учені з університету Йоганна Гутенберга Майнц (JGU) у Німеччині були світовими лідерами в дослідженні сполук Гейслера, які є важливим класом матеріалів для використання в додатках спінтроніки. За останні кілька років, нових сфер застосування з'явилися в галузі поновлюваних джерел енергії, таких як сонячна енергія і термоелектрики. А тепер Гейслера сполук також розглядаються для майбутнього таких технологій, як квантовий комп'ютер. "Розрахунки виявили нове квантове стан матерії в з'єднаннях Гейслера, який відкриває раніше неймовірні можливості використання", пояснює професор Клаудія Felser з Майнца університету. "Гейслера матеріали реальної універсали і справжня золота жила для технологій майбутнього". Разом з професором Shoucheng Чжан зі Стенфордського університету, вчений з Майнца показав, що багато сполук Гейслера може вести себе як топологічних ізоляторів (TI). ТІ було виявлено всього п'ять років тому.

Основні відкриття в галузі фізики чи науки про матеріали часто робляться випадково, під час експериментів у лабораторіях. Однак це було не так з топологічними ізоляторами. У 2006 році професор Чжан зі Стенфордського передбачив, що нове квантове стан матерії будуть визначені в наноструктурах напівпровідник знайомі ртуті телуриду кадмію (HgTe). Один рік потому, це було підтверджено в експериментах, проведених групою Вюрцбурзі під керівництвом професора Лоренса Molenkamp. Повністю нові математичні поняття, необхідні для розуміння фізичних аспектів того, що було виявлено.

Протягом майже п'яти років, ТІС були гарячою темою в області твердого тіла і фізики матеріалів.Характеристика топологічних ізоляторів полягає в тому, що матеріали, насправді ізоляторів або напівпровідників, хоча їх поверхонь або інтерфейсів вести себе як метал, - але не звичайний метал. Як надпровідниках, електрони на поверхні або інтерфейси не взаємодіють з навколишнім середовищем - вони знаходяться в нових квантовому стані. На відміну від надпровідників, топологічних ізоляторів є два невзаємодіючих струмів, по одному для кожного напрямку спина. Ці два спінових струмів, які не залежать від дефектів або домішок у матеріалі, можуть бути використані у футуристичному поле електроніки "спінтроніки та обробки інформації у квантових комп'ютерах.

В даний час передбачається, що Гейслера матеріали можуть мати однакові можливості. Гейслера сполук складаються з трьох елементів, матеріал сам по собі, однак, є напівпровідником. Це з'єднання класу був виявлений Фріц Гейслера тому в 1900 році. Особливістю цих сполук є те, що вони мають характеристики, крім тих, що можна було б очікувати з урахуванням елементів, з яких вони складаються. Перше з'єднання Гейслера, наприклад, був зроблений з немагнітних елементів міді, марганцю і алюмінію. Тим не менш, Cu 2 MnAl виступає як ферромагнетика, навіть при кімнатній температурі. З іншого боку, може привести до напівпровідникових, коли три металів, разом узятих.Нові напівпровідники можуть бути розроблені в класі Гейслера матеріали стосовно галузі поновлюваних джерел енергії, вони можуть використовуватися в сонячних батареях або термоелектричних в додатках, для перетворення тепла в електрику. Майнц є всесвітньо відомим як основного місця для проектування та синтезу Гейслера матеріалів. Важливі відкриття щодо Гейслера сполук, їх властивості, і їх використання в широкому діапазоні потенційних застосувань були зроблені в Майнці.

Новини, що Гейслера матеріалів в даний час розглядається як можливий топологічних ізоляторів зустрівся з хвилюванням у всьому світі. "Є дві причини для цього", пояснює професор Felser. "З одного боку, це великий клас матеріалу з більш ніж 1000 відомих представників містить більше 50 сполук, які мають ознаку ТІС. А з іншого боку, тепер можна розробляти цілком нові фізичні ефекти. Як матеріали були складені з трьох елементів, вони можуть запропонувати цілий ряд інших цікавих функцій на додаток до топологічних квантовому стані. " Тепер є можливість об'єднати два квантових станів, таких як надпровідність і топологічні ефекти поверхні. Це відкриває шлях до зовсім новим і ще не відкритих характеристиками, деякі з яких вже були передбачені. "Раніше було не представляється можливим об'єднати всі ці можливості в одному матеріал", пояснює професор Felser.

Провідних наукових матеріалів журналу Природа опублікував три статті на цю тему в світлі цих викриттів - стаття з дослідницької групи в Стенфорді і Майнц, матеріалів, представлених Прінстона через деякий час, і обговорення сенсаційне відкриття.