ENGINEERINGNET.BE - Topologische isolatoren zijn materialen met de unieke eigenschap dat ze alleen langs de randen van het materiaal stroom geleiden. Langs deze geleidende randen stroomt elektra zonder energieverlies.
"Momenteel verliezen elektronische apparaten veel energie in de vorm van warmte, omdat defecten in het materiaal de weerstand verhogen. Daardoor wordt je mobiele telefoon na veel gebruik onaangenaam warm", aldus dr. Pantelis Bampoulis van UTwente.
Dit komt doordat verstrooiing van elektronen aan defecten in normale materialen is toegestaan. Aan de randen van 2D topologische isolatoren is de verstrooiing van elektronen bij defecten verboden vanwege het unieke topologische beschermingsmechanisme.
Daarom loopt de elektrische stroom in 2D topologische isolatoren zonder energieverlies. Dat maakt ze energie-efficiënter dan de huidige elektronische materialen.
Germaneen is zo'n 2D topologische isolator. "De huidige topologische isolatoren bestaan uit complexe structuren van verschillende soorten elementen. Germaneen is uniek; het bestaat uit slechts één type element", legt Bampoulis uit.
Om dit bijzondere materiaal te maken, smolten de onderzoekers germanium samen met platina. Als het mengsel afkoelt, vormt zich bovenop de germanium-platina-legering een uiterst dun laagje germaniumatomen in een honingraatraster. Deze 2D-laag van atomen is germaneen.
Het lukte de onderzoekers ook de geleidende eigenschappen van het materiaal 'uit te schakelen' met een elektrisch veld. Het is de eerste topologische isolator waarbij dat mogelijk is. "De mogelijkheid om te schakelen tussen 'aan’ en ‘uit’ maakt germaneen interessant", zegt Bampoulis.
Dit opent de deur naar het ontwerpen van zogenaamde topologische veldeffecttransistoren. Deze transistoren kunnen traditionele transistoren in elektronische apparaten vervangen. Met als resultaat elektronica die niet langer warm wordt.
