{"id":6729,"date":"2010-08-15T01:36:53","date_gmt":"2010-08-14T22:36:53","guid":{"rendered":"http:\/\/www.fyysika.ee\/uudised\/?p=6729"},"modified":"2010-08-26T19:01:36","modified_gmt":"2010-08-26T16:01:36","slug":"topoloogilised-isolaatorid-astuvad-sammu-edasi","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fyysika.ee\/?p=6729","title":{"rendered":"Topoloogilised isolaatorid astuvad sammu edasi"},"content":{"rendered":"

Sellel aastal ei ole tahkisef\u00fc\u00fcsikaga tegelevate teadlaste konverentsidel olnud enam peamiseks k\u00f5neaineks sugugi mitte grafeen vaid hoopiski topoloogilised isolaatorid. Seda ka v\u00e4ga heal p\u00f5hjusel.<\/strong><\/p>\n

Nimelt v\u00f5ivad need tulevikus elektroonikat\u00f6\u00f6stuses tekitada samasuguse revolutsiooni kui grafeen. Kuigi nende nimes esineb s\u00f5na isoleeriv, ei ole topoloogilised isolaatorid tegelikult t\u00e4ies ulatuses isoleerivate omadustega, vaid nende pind juhib elektrit. Kuid erinevalt tavalistest juhtidest ei l\u00e4he elektronid pinnal liikudes pinnadefektide t\u00f5ttu kaotsi. Peaaegu mitte \u00fckski.

\"\"<\/a>

Bi2Te3 \u00fchendi struktuur. Graafika: Wikimedia Commons<\/p><\/div><\/p>\n

See on \u00fcks peamisi p\u00f5hjuseid, miks viib topoloogiliste isolaatorite kasutuselev\u00f5tt l\u00f5puks v\u00e4iksemate ja kiiremate elektroonika seadmeteni. Kuigi esimesed eksperimentaalsed l\u00e4bimurded saavutati juba sarnaste omadustega \u00fcli\u00f5hukeste elavh\u00f5bedast ja telluurist koosnevate kiledega 2006. aastal, ei ole pinnaelektrivoolu palju uuritud kolmedimensioonilistes topoloogilistes isolaatorites veel saavutatud. Seni ei ole n\u00e4idised piisavalt puhtad olnud ja ka kristallid ei ole olnud piisavalt isoleerivate omadustega. <\/p>\n

Princetoni \u00fclikooli t\u00f6\u00f6r\u00fchm eesotsas Robert Cava<\/strong> ja Nai Phuan Ong<\/strong>‘iga demonstreerisid aga elektronide juhtivust teise telluuri \u00fchendi – Bi2Te3 pinnal. Isoleerivate omaduste saamiseks kasvatasid teadlased kristalle varieerides elementide suhtelist sisaldust kogu n\u00e4idise ulatuses. Seej\u00e4rel l\u00f5ikasid nad selle \u00f5hukesteks viiludeks ja otsisid parimate omadustega materjalit\u00fckke. <\/p>\n

T\u00f5si, mitte \u00fckski saadud n\u00e4idis ei olnud t\u00e4ielikult isoleerivate omadustega. Ent sellest piisas, et elektronide liikumist materjali sisemuses pinnaefektide eristamiseks piisavalt takistada. M\u00f5ningate n\u00e4idiste puhul suutis t\u00f6\u00f6r\u00fchm kinnitada ka m\u00e4rgatavalt suuremat, kuni 12 korda kiiremat elektrivoolu kui materjali sees.<\/p>\n

Topoloogilised isolaatorid muudab niiv\u00f5rd eriliseks nende struktuur. Matemaatilisest vaatenurgast on tavalised kristallid ideaalselt korrap\u00e4rased struktuurid, mis ulatuvad l\u00f5pmatusse. Kristallidel, millega igap\u00e4evaelus kokku puututakse, on aga alati pinnakiht, kus on keemiliste sidemete otsad lahti. J\u00e4relikult on ka pinna elektroonilised omadused \u00fcldiselt teistsugused kui kristalli sees. <\/p>\n

Paljudel teistel juhtudel on see pigem halb omadus. N\u00e4iteks p\u00e4ikesepatareides v\u00e4hendab see oluliselt valguse elektrienergiaks muutmise efektiivsust, kuid just see muudab topoloogilised isolaatorid nii omap\u00e4raseks.<\/p>\n

Erinevalt enamikest teistest ainetest on topoloogiliste isolaatorite pinnad nende erilise pinnastruktuuri t\u00f5ttu v\u00e4liste h\u00e4irete eest kaitstud. Sama h\u00e4sti v\u00f5iks v\u00f5rrelda M\u00f6biuse riba hariliku kummilindiga. Viimasest ei saa M\u00f6biuse riba mitte kuidagi teha, v\u00e4hemalt ilma kummilinti katki l\u00f5ikamata. Topoloogilisi isolaatoreid stabiliseerib nende enda topoloogia, mis ei muuda oma omadusi isegi siis, kui tekitada neis h\u00e4iritus.<\/p>\n

Seesugune kaitse tekib topoloogiliste olekute ajavoolu s\u00fcmmeetria t\u00f5ttu, mis t\u00e4hendab, et s\u00fcsteem k\u00e4itub hoolimata ajavoolu suunast ja kiirusest ikka samamoodi. Tavaelu makroskoopilises maailmas me harilikult seda ei kohta. \u00dcksk\u00f5ik mitu korda videot tagasi kerida, liiguvad kujutised seal ikka teistmoodi kui videolinti edasi kerides. Topoloogilise isolaatori puhul oleks n\u00e4htav pilt kummalgi juhul ikka samasugune.<\/p>\n

Selle tulemusena ei teki materjali ebapuhtuse t\u00f5ttu elektronide hajumist, mis kutsuks esile topoloogilise oleku h\u00e4vinemise. Muidugi senikaua kuni v\u00f5\u00f5rlisand ei tekita magnetilist h\u00e4iritust, sest magnetv\u00e4ljad rikuvad harilikult ajavoolu s\u00fcmmeetria. <\/p>\n

Efekt p\u00f5hineb kvantf\u00fc\u00fcsikal, kus ajavoo s\u00fcmmeetria korral saab elektron materjali rikutuse korral liikuda selle \u00fcmber nii kellaosuti liikumise suunas kui ka vastupidi. Siiski oleks ebat\u00e4pne ettekujutada elektroni liikumist poolkaarena – elektron v\u00f5ib valida \u00fcmber defekti minemiseks \u00fcksk\u00f5ik millise teekonna. L\u00f5ppkokkuv\u00f5ttes nullivad aga k\u00f5ik rajad \u00fcksteist \u00e4ra – seega on kogu t\u00f5en\u00e4osus, et osake hajub, t\u00e4pselt null.<\/p>\n

Hoolimata sellest, kui p\u00f5nevad need eksperimendid ka tunduda v\u00f5iksid, on see alles algus. J\u00e4rgmise sammuna tuleb n\u00e4idiste kvaliteeti veelgi parandada, et saaks kinnitada ainult topoloogilistele isolaatoritele iseloomulikke n\u00e4htusi nagu kvantspinni Halli efekt.<\/p>\n

Samuti ootab teoreetiline f\u00fc\u00fcsika mitmete teiste eksootiliste efektide eksperimentaalset kinnitamist, nagu n\u00e4iteks Majorana fermionide teket, mis ilmneb topoloogiliste isolaatorite ja \u00fclijuhtide kokkupuutel. Ebaharilikud fermionid on iseenda antiosakesed. Kondensf\u00fc\u00fcsika maailmas on aga uus pidu alles alanud.<\/p>\n

T\u00f6\u00f6r\u00fchma uurimus ilmus 13. augustil ajakirjas Science<\/a><\/em>.<\/p>\n

Loe lisaks:
\nUncertain Principles: “What’s a Topological Insulator?<\/a>”
\nNature: “Topological insulators: Star material.”<\/a>
\nArtiklid portaalis PhysOrg<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Sellel aastal ei ole tahkisef\u00fc\u00fcsikaga tegelevate teadlaste konverentsidel olnud enam peamiseks k\u00f5neaineks sugugi mitte grafeen vaid hoopiski topoloogilised isolaatorid. Seda ka v\u00e4ga heal p\u00f5hjusel. Nimelt v\u00f5ivad need tulevikus elektroonikat\u00f6\u00f6stuses tekitada samasuguse revolutsiooni kui grafeen. Kuigi nende nimes esineb s\u00f5na isoleeriv, ei ole topoloogilised isolaatorid tegelikult t\u00e4ies ulatuses isoleerivate omadustega, vaid nende pind juhib elektrit. Kuid […]<\/p>\n","protected":false},"author":28,"featured_media":6736,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_genesis_hide_title":false,"_genesis_hide_breadcrumbs":false,"_genesis_hide_singular_image":false,"_genesis_hide_footer_widgets":false,"_genesis_custom_body_class":"","_genesis_custom_post_class":"","_genesis_layout":"","footnotes":""},"categories":[31,16],"tags":[],"class_list":{"0":"post-6729","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-rakenduslik-teadus","8":"category-teadusuudis","9":"entry"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/6729","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/28"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=6729"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/6729\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/6736"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=6729"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=6729"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=6729"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}