Vědci z University of Twente (Nizozemí) ukázali, že germanen, tedy 2D varianta germania, se chová jako topologický izolant. Tuto vlastnost lze navíc jednoduše zapínat a vypínat, podobně jako vodivost tranzistorů. Výzkum by tedy mohl otevřít cesty k energeticky účinnější elektronice.
Topologický izolant na povrchu/obvodu funguje nejen jako běžný vodič kovového typu. Protože se zde elektrony mohou pohybovat cca pouze po přímce, nesrážejí se a materiál proto de facto nemá odpor; přenos proudu není spojen s tepelnými ztrátami, součástka se nezahřívá atd. V tomto smyslu se chování topologických izolátorů blíží supravodičům.
Současné topologické izolátory jsou vesměs tvořeny složitými strukturami, respektive sloučeninami. Germanen je unikátní v tom, že jde naproti tomu o jediný prvek. K vytvoření materiálu vědci roztavili germanium společně s platinou. Když směs vychladla, vytvořila se na vrcholu slitiny germania a platiny malá vrstva atomů germania uspořádaná do šestiúhelníkové mřížky.
Vědci také zjistili, že speciální vlastnosti materiálu týkající se elektrické vodivosti lze vypnout působením vnějšího elektrického pole. Také tato vlastnost je v rámci topologických izolantů unikátní a otevírá cestu energeticky účinným tranzistorům řízeným polem.
Studie byla publikována ve Physical Review Letters.
Pantelis Bampoulis et al, Quantum Spin Hall States and Topological Phase Transition in Germanene, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.196401
Zdroj: University of Twente / Phys.org
Poznámka PH: Co se týče germanenu, starší výzkumy uvádějí, že problém je se stabilitou tohoto materiálu (jen ve vakuu apod.). I proto, jakkoliv germanium se používá běžně, o jeho 2D formě víme zatím jen málo. Popsaný postup pravděpodobně vede ke stabilnější formě germanenu. Germanen může být podle starších výzkumů izolant i polovodič, mezi oběma formami přechází zahřátím. Uvažuje se o využití germanenu také ve spintronice. Povahu germanenu jako topologické izolantu zmiňovaly také již starší výzkumy, jiné to však zase zpochybňovaly.
