Phasenübergang durch chemische Substitution

Kürzlich wurde entdeckt, wie sich zwei Klassen topologischer Isolatoren ineinander überführen lassen. Die Art und Weise, wie das geschieht, verspricht neue funktionelle Eigenschaften in den Materialien. So ließen sich elektrische oder spintronische Kanäle mit Spannungspulsen ein- und ausschalten.

Topologische Isolatoren sind Materialien, die im Innern isolierend sind, aber an der Oberfläche metallisch leitfähig. Sie wurden erst vor etwa zehn Jahren entdeckt.³⁾ Die Leitfähigkeit ist topologisch geschützt. Dazu bedarf es weder einer speziellen Schicht noch irgendeiner chemischen oder stöchiometrischen Veränderung an der Oberfläche – der metallische Oberflächenzustand ist eine Eigenschaft der Volumenphase selbst und unabhängig von der Oberfläche. Konkret bedeutet das: Würde ein topologischer Isolator wie Bi₂Se₃ mit einer Oxidschicht versehen, würde der metallische Oberflächenzustand lediglich zur Grenzschicht zwischen Oxid und Bi₂Se₃ wandern. Seine Eigenschaften blieben unverändert, vorausgesetzt, die Oxidschicht ist nicht selbst eine topologische Phase.

Materialien werden in triviale und topologische Phasen einget

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