Forskare vid KTH uppger sig ha upptäckt en ny familj av topologiska isolatorer – topologiska kristallina isolatorer. Upptäckten har lett fram till en artikel i tidskriften Nature Materials men än så länge uppges det vara svårt att uttala om framtiden för materialet. Men det kan komma till användning i spinntroniktillämpningar såsom till exempel kvantdatorer.

Magnus H. Berntsen, Bastian M. Wojek och Oscar Tjernberg på KTH är tre av forskarna bakom upptäckten av topologiska kristallina isolatorer.

– Vid en jämförelse med geografin skulle jag inte säga att vi upptäckt en okänd värld, men definitivt en helt ny kontinent, säger professor Oscar Tjernberg som arbetar vid avdelningen för materialfysik vid ICT-skolan på KTH.

Han leder den forskningsgrupp som gjorde upptäckten av det material som nu benämns topologiska kristallina isolatorer. Det är ett material som liknar topologiska isolatorer, vilka varit kända i cirka 5 år. Dessa har den unika förmågan att de inte leder ström inuti materialet men däremot på ytan. Elektronerna på ytan är dessutom heliska, det vill säga spinnpolariserade.

– Topologiska kristallina isolatorer är dock en helt ny familj av topologiska isolatorer. Att få vara med om en upptäckt på den här nivån är inte alla forskare förunnat, säger Oscar Tjernberg.

Men vad ska man då ha materialet topologiska kristallina isolatorer till?

– Ska jag vara ärligt är det ju lite tidigt att uttala sig om det. Men om jag spekulerar så skulle materialet kunna användas till att tillverka spinntroniktillämpningar som exempelvis kvantdatorer, säger Oscar Tjernberg.

Han fortsätter med att berätta att topologiska kristallina isolatorer uppstår tack vare kristallsymmetrin. Det vill säga att atomerna sitter på ett rätt speciellt sätt i materialet. Den symmertrin kan brytas, om man töjer eller klämmer på materialet. Det öppnar för vissa möjligheter, till exempel att öppna och stänga ledningskanaler vilket kan leda till att man skapa komponenter ur materialet.

– Således kan man tänka sig att det går att skapa nya typer av komponenter. Komponenter som också skulle kunna sitta i så kallad omprogrammeringsbar hårdvara. Då går det att anpassa datorn till den mjukvara som körs, och datorn innehåller inte statisk hårdvara som är situationen idag, säger Oscar Tjernberg.

Forskargruppen från KTH upptäckte inledningsvis ett specifikt yttillstånd som påminde om topologiska isolatorer men som definitivt var något annat. I kombination med teoretiska arbeten kring material motsvarande topologiska kristallina isolatorer kunde forskarna definiera vad de hade funnit.

Upptäckten av topologiska kristallina isolatorer har beskrivits som en milstolpe inom sitt område. Det bevisas inte minst genom att upptäckten lett till en publicering i den prestigefulla vetenskapstidskriften Nature Materials.

– För den enskilde forskaren eller forskargruppen är det oerhört sporrande att få sitt resultat publicerat i en tidskrift som Nature Materials. Att synas på det här sättet förbättrar förhoppningsvis möjligheten till ytterligare forskningsfinansiering och i förlängningen också våra förutsättningar att locka nya unga kvalificerade forskare, säger Oscar Tjernberg.

Publiceringar i tidskrifter som Nature Materials innebär också viktiga bidrag till forskningen som sådan. Ett forskningsfält utvecklas genom att hela forskarsamhället bidrar med sin gemensamma kunskap.

– Det kan handla om att fylla mindre luckor eller att ta större kliv framåt inom ett område. Den artikel vi nu har fått publicerad är definitivt ett exempel på det senare, säger Oscar Tjernberg.

Upptäcken av materialet topologiska kristallina isolatorer har skett i samarbete med forskare från MAX IV-laboratoriet i Lund och ett antal forskarkollegor vid den polska vetenskapsakademien i Warszawa, enligt ett pressmeddelande.

Filed under: SvenskTeknik