ENGINEERINGNET.BE - Een nieuwe ontdekking (gedaan in een kristal van met antimoon gedoteerd bismut) laat zien dat de interne elektronische toestanden van een driedimensionaal Dirac-halfmetaal ook thuishaven kunnen zijn voor topologische supergeleiding en de verwante Majorana zero-modes.
De meeste elektronen in een bismut-kristal zitten vastgekluisterd aan de atomen, terwijl maar een klein deel vrij kan rondbewegen en dus stroom kan geleiden zoals de elektronen in een metaal dat doen.
Wanneer een klein snufje antimoon (slechts 3%) tijdens de groei van het kristal aan bismut wordt toegevoegd, ontstaat een nieuw soort metaal, een zogeheten Dirac-halfmetaal. Het aantal elektronen is zo laag dat je deze stof nauwelijks een metaal kunt noemen, maar het materiaal geleidt wel, en de elektronen blijken zich zelfs te gedragen alsof ze met de lichtsnelheid bewegen.
Elektronen hebben naast een elektrische lading ook nog spin, een eigenschap waarbij een kwantummechanisch effect het deeltje een magnetisch moment geeft. De onderzoekers hebben nu aangetoond dat de richting van de spin in een Dirac-halfmetaal rechtstreeks verbonden is met de richting waarin het elektron beweegt.
Dit effect hangt samen met de speciale topologie van de elektronische energieniveaus in het materiaal. Tot nu toe hebben proeven met elektrische devices dit topologische gedrag alleen laten zien aan de oppervlakken of randen van materialen die bekend staan als topologische isolatoren.
Nu is aangetoond dat de interne toestanden binnen in een halfmetaal ook dit gedrag vertonen. Aangezien het binnenste van een materiaal veel robuuster is en minder gevoelig voor vervuiling of omgevingsinvloeden dan een oppervlak of rand, valt er te verwachten dat deze stap voorwaarts ook technologisch relevant zal zijn, bijvoorbeeld voor de ontwikkeling van kwantumcomputers.
