Pētījumā iegūst nanovadus, kuriem dominē topoloģisko virsmu transports

Topoloģiskais izolators ir materiāls ar ārkārtīgi īpašām virsmas īpašībām.

“Ja mēs ņemam izolatoru un ietinam to pasaulē visplānākajā materiālā grafēnā, kas ir ārkārtīgi labs metālisks vadītājs, tad iegūst jaunu materiālu - 3D topoloģisko izolatoru,” skaidro pētījuma autore, Ķīmiskās fizikas institūta vadošā pētniece Gunta Kunakova.

3D Topoloģiskā izolatora virsmā, līdzīgi kā grafēnā, dzīvo Diraka-veida lādiņnesēji. Tos raksturo ļoti īpatnējs enerģijas sadalījums ar konusveida struktūru (skat. attēlu). Diraka punktā abi konusi satiekas un lādiņnesēji šī punkta tuvumā ir praktiski bez masas.

Papildu tam lādiņnesēji topoloģiskajās virsmās ir spinpolarizēti, kā arī tie ir aizsargāti pret izkliedi. Šī ir īpašība, kas ir piemītoša topoloģiskajiem izolatoriem, bet nav novērojama atsevišķi grafēnam. Šim materiālam ir jābūt tilpumā izolējošam, kā klasiskam izolatoram. Tomēr līdz šim eksperimentāli sintezētiem topoloģisko izolatoru materiāliem tilpums nav labs izolators, jo tajā ir dažādi defekti un piemaisījumi, nodrošinot labu elektrovadītspēju. Rezultātā iegūst, ka tilpums sāk traucēt novērot unikālās metāliskās virsmas īpašības.

“Mēs strādājam pie tā, lai iegūtu tādus materiālus, kur virsmas lādiņnesēju transports absolūti dominē un tilpums ir izslēgts pavisam. Mums to izdevies realizēt, izmantojot nanovadus,” skaidro pētniece. Nanovadi ir tādas struktūras, kuriem ir ārkārtīgi liela virsmas un tilpuma attiecība. Pētījuma rezultātā pētniekiem izdevās iegūt nanovadus, kuriem dominē topoloģisko virsmu transports.

“Mums izdevās pierādīt Diraka virsmas elektronu transportu nanovados, tas tiešām eksistē,” bilst G. Kunakova.

Topoloģiskajām virsmām piemīt unikālas īpašības, un tās ir izmantojamas ārkārtīgi plaši: spintronikas ierīču izgatavošanā, uzlabotu termoelektrikas materiālu iegūšanā, energoefektīvas bez-izkliedes elektronikas izstrādē, kā arī nākotnes kvantu skaitļošanas ierīcēs.

Izmantojot uzkrāto fundamentālo zināšanu bāzi par topoloģisko izolatoru nanomateriāliem, šobrīd uzsākts darbs metroloģijas jomā ar praktisku mērķi izstrādāt strāvas standartu, kā pamatu izmantojot topoloģisko izolatoru nanolentes. Tā kā topoloģisko izolatoru virsmu lādiņnesēju plūsmu neietekmē defekti, kas klasiskā materiālā nenovēršami novērstu pie izkliedes un zudumiem, topoloģisko izolatoru nanomateriāli ar dominējošām virsmas īpašībām ir īpaši piemēroti precīzu ierīču radīšanā.

25. septembra pēcpusdienā LU telpās jau otro gadu pēc kārtas norisinājās atklājumu un inovāciju pasākums “LU Jauno tehnoloģiju un inovāciju diena”, kur vienuviet satikās gan mundrākie pētnieku prāti, gan inovatīvāko ideju autori. Ievērojami liels LU pētnieku skaits piedalījās “Zināšanu agorā”, kas bija viena no nozīmīgākajām pasākuma daļām.

“Zināšanu agora” bija iespēja pētniekiem 6 minūšu laikā iepazīstināt un ieinteresēt plašāku sabiedrības loku ar nesen veiktu vai jau sāktu inovatīvu pētījumu tehnoloģiju, dažādu procesu un dzīves kvalitātes uzlabošanas jomā.

Šogad “Zināšanu agorā” izskanēja teju 60 dažādi pētījumi, kas aktualizēja jautājumus par mikroorganismu kolekcijas attīstību, Saules sistēmu, nanomateriāliem, bioekonomiku, magnētiskiem paātrinātājiem, materiālu atmiņu, gēnu datiem, kā arī par risinājumiem demogrāfijas, dažāda veida izglītības, ekosistēmas un medicīnas jomās.