تولید عایق توپولوژیکی از جنس سلنید بیسموت

پژوهشگران برای اولین بار موفق شدند حالت عایق را در سطح سلنید بیسموت مشاهده کنند. این ماده یک عایق توپولوژیکی است به این معنا که در حالت توده‌ای، رسانا بوده و در حالت نازک شده، عایق می‌گردد. از این فناوری می‌توان در فناوری اطلاعات کوانتومی استفاده کرد.

پژوهشگران برای اولین بار موفق شدند حالت عایق را در سطح سلنید بیسموت مشاهده کنند. این ماده یک عایق توپولوژیکی است به این معنا که در حالت توده‌ای، رسانا بوده و در حالت نازک شده، عایق می‌گردد. از این فناوری می‌توان در فناوری اطلاعات کوانتومی استفاده کرد.
رسانا بودن سلنید بیسموت (Bi2Se3) به‌دلیل ساختار توپولوژی آن است به این معنی که الکترون‌ها نمی‌توانند در این سطح ساکن باقی بمانند و در نهایت سطح رسانا خواهد شد. مایکل فوهرر، از دانشگاه مریلند آمریکا، می‌گوید که خواص جالب بسیار زیادی وابسته به حالت‌های توپولوژیکی سطح است.
پژوهشگران پیش‌بینی می‌کنند که اگر سطح بالایی و پایینی سلنید بیسموت را به‌هم نزدیک کنند، می‌توانند آنها را به‌هم جفت کرده و در نهایت یک عایق الکتریکی تولید کنند. مایکل فوهرر می‌گوید این دقیقا چیزی است که ما در آزمایشات خود آن را مشاهده کردیم، ما دیدیم که بلورهای سلنید بیسموت با ضخامت ۳ نانومتر به‌صورت عایق هستند.
نتایج این تحقیق بسیار اهمیت دارد زیرا این نتایج نشان می‌دهد که الکترون‌ها می‌توانند در ‌ سطح مواد با بوجود آمدن مناطق عایق، محدود شوند. الکترون‌های محدود شده در نانوساختارها کلید توسعه علم نانو هستند، برای مثال از این موضوع می‌توان در نقاط کوانتومی هتروساختارهای آرسنید گالیوم استفاده کرد. مایکل فوهرر می‌گوید به‌طور معمول الکترون‌ها در سطح عایق توپولوژیکی سلنید بیسموت نمی‌توانند به‌وسیله الکترودهای گیت محدود شود، اما با نازک کردن این ماده ما می‌توانیم الکترون‌ها را محدود کرده و نقاط و سیم‌های کوانتومی را به‌عنوان واحدهای سازنده در فناوری‌های اطلاعات کوانتومی به‌کار گیریم.
عایق سلنید بیسموت دارای خواص نوری متفاوتی نسبت به سلنید بیسموت معمولی هستند زیرا اندازه باند گپ این ماده توسط جفت شدن دو سطح تعیین می‌شود. اگر این عایق به بخش رسانای سلنید بیسموت متصل شود آنگاه از این ویژگی می‌توان برای تولید منابع و شناساگرهای قابل تنظیم در امواج مادون قرمز استفاده کرد. به‌دلیل طبیعت اسپین پلاریزه شده در سطح، می‌توان نور را با اسپین و بار جفت کرد.
پژوهشگران دانشگاه مریلند موفق شدند با لایه لایه کردن بلورهای ضخیم سلنید بیسموت، لایه‌های بسیار نازکی از این ماده را تهیه کنند. در گام بعد آنها از این ماده برای تولید ترانزیستورهای اثر میدان استفاده کردند که در آن، این مواد روی بستر دی‌اکسید سیلیکون قرار داده شده بود. در کنار آنها نیز یک لایه سیلیکون قرار داده شده تا به‌عنوان الکترود گیت عمل کند.
البته هنوز سرعت حرکت الکترون در این ترانزیستور نازک بسیار آهسته است، در حدود ۱۰ سانتی مربع بر ولت ثانیه، که این رقم بسیار کمتر از سیلیکون می‌باشد. محققان معتقدند می‌توان این سرعت را بهبود ببخشند.