Исследователи из Университета Твенте доказали, что германен, двумерный материал, состоящий из атомов германия, ведет себя как топологический изолятор. Это первый двумерный топологический изолятор, состоящий из одного элемента. Он также обладает уникальной способностью переключаться между состояниями «включено» и «выключено», сравнимой с транзисторами. Это может привести к созданию более энергоэффективной электроники.
Топологические изоляторы — это материалы, обладающие уникальным свойством изолировать электричество в своей внутренней части и проводить его по краям. Проводящие края позволяют электрическому току течь без потери энергии. «В настоящее время электронные устройства теряют много энергии в виде тепла, потому что дефекты в материале увеличивают сопротивление. В результате ваш мобильный телефон может стать некомфортно горячим», — объясняет исследователь UT Пантелис Бампулис.
В то время как в обычных материалах рассеяние на дефектах разрешено, на краях двумерных топологических изоляторов рассеяние электронов на дефектах запрещено благодаря уникальному механизму топологической защиты. Поэтому электрический ток в двумерных топологических изоляторах течет без рассеивания энергии. Это делает их более энергоэффективными, чем современные электронные материалы.
Германен является таким двумерным топологическим изолятором. «Современные топологические изоляторы состоят из сложных структур из различных типов элементов. Германен уникален тем, что он состоит всего из одного элемента», — объясняет Бампулис. Чтобы создать этот интересный материал, исследователи расплавили германий вместе с платиной. Когда смесь остыла, крошечный слой атомов германия выстроился в сотовую решетку поверх германиево-платинового сплава. Этот двухмерный слой атомов называется германеном.
Исследователи также обнаружили, что проводящие свойства материала могут быть «выключены» путем приложения электрического поля. Это свойство является уникальным для топологического изолятора. Возможность переключения между состояниями «включено» и «выключено» открывает новые возможности для применения германена, — говорит Бампулис. Это открывает путь к созданию топологических полевых транзисторов. Эти транзисторы могут заменить традиционные транзисторы в электронных устройствах. В результате появится электроника, которая больше не будет нагреваться».