Als we een manier vinden om elektrische stroom te laten lopen zonder energieverlies, zou dat enorm veel energie kunnen besparen. Topologische isolatoren kunnen hier misschien wel voor zorgen: deze materialen bestaan in één (draad), twee (vlak) en drie (kubus) dimensies; allemaal met andere mogelijke toepassingen in elektronische apparaten. Onderzoekers van de Universiteit Utrecht, samen met collega’s van de Shanghai Jiao Tong University, hebben ontdekt dat topologische isolatoren mogelijk ook kunnen bestaan in 1,58 dimensies.
Topologische isolatoren zijn speciale materialen die pas in 1980 werden ontdekt en al snel een Nobelprijs opleverden. Deze materialen bezitten unieke eigenschappen: aan de binnenkant zijn ze isolerend, maar aan hun randen geleidend. Hierdoor kan er stroom lopen zonder energieverlies. Er was alleen één probleem: de eigenschappen van de materialen kwamen alleen naar voren in de aanwezigheid van sterke magnetische velden en bij zeer lage temperaturen van rond -270 graden Celsius, wat ze ongeschikt maakte voor dagelijks gebruik.
In 2017 ontdekten onderzoekers dat een tweedimensionale laag van bismut, slechts één atoom dik, de gewenste eigenschappen vertoonde bij kamertemperatuur en zonder magneetveld. Deze vooruitgang bracht het gebruik van topologische isolatoren in elektronische apparaten een stapje dichterbij.
Door een chemisch element (bismut) op een halfgeleider(indiumantimonide) te laten groeien, creëerden de Chinese wetenschappers spontaan gevormde fractale structuren door de groeiomstandigheden te variëren. De Utrechtse wetenschappers lieten vervolgens theoretisch zien dat deze structuren nuldimensionale hoeken en eendimensionale randen hebben, waarbij geen energie verloren gaat in de vorm van warmte. “Door tussen de dimensies te kijken, vonden we het beste van twee werelden,” aldus Cristiane Morais Smith, die het theoretische onderzoek aan de Universiteit Utrecht leidde.
“De topologische kenmerken van fractals tonen echt de rijkdom van het betreden van onbekende dimensies.”
Lees het hele bericht op de site van de UU.
