Language
Country/Area
No result found
Bagaimana isolator topologi mengubah pemahaman kita tentang material dengan pita energi "terpilin"?
Dengan pesatnya perkembangan ilmu material, isolator topologi (TI) telah menarik perhatian yang semakin besar dari komunitas ilmiah. Sifat-sifat material ini sangat berbeda dari isolator tradisional. Bagian dalamnya bertindak sebagai isolator, tetapi permukaannya menghantarkan listrik, yang berarti bahwa elektron hanya dapat bergerak di sepanjang permukaan material. Sifat fisik yang aneh ini berasal dari apa yang disebut fenomena "distorsi" dalam struktur pita energinya, yang telah mengubah pemahaman dasar kita tentang materi.
Isolator topologi memiliki struktur pita terpilin yang menciptakan keadaan konduktif permukaan padat yang membuatnya berbeda dari isolator biasa.
Isolator topologi dapat ada karena ada celah energi yang jelas antara pita valensi dan pita konduksi. Namun, sifat ini tidak berarti bahwa mereka dapat diubah menjadi satu sama lain tanpa batasan. Hanya ketika struktur pita energi berubah, celah ini dapat dihilangkan dan memasuki keadaan konduktif yang teratur. Oleh karena itu, batasan antara isolator topologi dan isolator biasa relatif jelas dan hanya ada dalam fase yang dapat menghantarkan listrik. Baik berdasarkan gangguan simetri lokal atau pengaruh eksternal, keadaan konduktif permukaan ini menunjukkan stabilitas yang sangat tinggi.
Meskipun keadaan permukaan isolator biasa juga dapat menghantarkan listrik, hanya keadaan permukaan isolator topologi yang memiliki ketangguhan ini.
Pada isolator topologi berdimensi tinggi, keadaan permukaan menunjukkan banyak sifat yang menakjubkan. Misalnya, pada isolator topologi tiga dimensi dengan simetri pembalikan waktu, putaran keadaan permukaan terkunci dengan arah gerakan, membentuk apa yang disebut fenomena penguncian spin-momentum. Situasi ini sangat menekan putaran "berbentuk U" dalam proses hamburan dan meningkatkan konduktivitas logam pada permukaan.
Namun, potensi isolator topologi tidak terbatas pada transpor elektron. Permukaan jenis material ini juga dapat mendukung partikel Majorana. Munculnya fenomena superkonduktor ini telah menjadikan isolator topologi sebagai topik hangat untuk aplikasi potensial dalam komputasi kuantum dan teknologi spintronik.
Efek "penyaringan besar" dari isolator topologi adalah kunci masa depan komputasi kuantum.
Isolator topologi seperti Bi2Te3 dan paduannya disebutkan secara menonjol justru karena aplikasi potensialnya dalam efek termoelektrik. Material ini biasanya terdiri dari unsur-unsur berat, yang secara efektif dapat mengurangi konduktivitas termal dan dengan demikian meningkatkan efisiensi konversi termoelektrik. Dengan mempelajari bentuk gelombang pita isolator topologi, para peneliti kini memahami cara mencapai pengurangan massa elektron efektif dalam material ini, sehingga meningkatkan konduktivitas di tepi lembah.
Prospek persiapan dan penerapan isolator topologi
Teknologi sintesis isolator topologi semakin matang, termasuk deposisi uap kimia organik logam (MOCVD), deposisi uap fisik (PVD), dan epitaksi berkas molekul (MBE). Secara khusus, MBE, karena dilakukan dalam lingkungan vakum tinggi, dapat secara efektif mengurangi kontaminasi sampel dan telah menjadi metode persiapan utama untuk film tipis kristal tunggal berkualitas tinggi. Yang lebih menarik adalah bahwa pertumbuhan film tipis isolator topologi terutama bergantung pada gaya van der Waals antar lapisan, yang membuat desain sirkuit terpadu pada substrat yang berbeda lebih memungkinkan.
Penelitian di masa mendatang akan berfokus pada cara mengendalikan proses persiapan bahan-bahan ini dengan lebih baik dan mengeksplorasi kemungkinannya dalam berbagai aplikasi yang lebih luas, terutama di bidang bahan superkonduktor dan komputer kuantum.
Dengan pemahaman yang lebih mendalam tentang sifat-sifat isolator topologi, dapatkah kita mengembangkan lebih banyak material untuk teknologi kuantum?
