Топологические изоляторы

Начало 21 века ознаменовалось несколькими открытиями, которые впоследствии могут быть признаны наиболее яркими и важными. К числу таковых относятся графен и топологические изоляторы – эти материалы обладают уникальными характеристиками, в том числе электронными. Топологический изолятор и графен имеют нечто общее – их уникальные свойства связаны с процессами, которые происходят в двумерной атомной структуре. Однако разница в том, что топологический изолятор, в отличие от графена, является трехмерным телом, на поверхности которого и происходят процессы.
В этом смысле использование топологических изоляторов имеет огромные перспективы: устройства, основанные на этих изоляторах, будут иметь большую по сравнению с другими скорость выполнения различных операций. Также им понадобиться значительно меньше энергии. Кроме того, эти устройства будут отличаться меньшими размерами относительно традиционных электронных приборов. Надо отметить, что исследованиями в этой сфере занимаются ученые всего мира, в том числе и  в нашей стране. Одни из лидирующих позиций в этих исследованиях принадлежать лаборатории наноструктурных поверхностей и покрытий Томского университета. Лаборатория была сформирована в 2010 году согласно решению российского правительства. Важнейшими направлениями исследований является изучение экспериментальных и теоретических вопросов, связанных с топологическими изоляторами и спинтроникой.  Надо понимать, что без  теоретической проработки практические достижения в этой сфере были бы невозможно. Изучение закономерностей и свойств материалов, математическая проработка возможных вариантов поведения дают возможность находить новые типы изоляторов, описывать их характеристики и на основе этого разрабатывать способы управления их свойствами.

По словам представителей лаборатории, томский центр ведет большую работу по координации исследований в данной сфере с российскими и зарубежными коллегами.Это, в свою очередь, позволило томской лаборатории наноструктурных поверхностей и покрытий стать научным учреждением действительно мирового уровня, по уровню исследований работающим на одном уровне с ведущими зарубежными научными центрами в этой сфере.
О разработках томских ученых писали и научные СМИ, в том числе журнал NanoLetters, опубликовавший материал об изучении гетероструктур топологических изоляторов. В ней сообщалось о том, что ученые изыскали возможность управлять проводящим состоянием поверхность, что стало возможным за счет изменения электрического поля и покрытия пленкой обычного изолятора. Такие эксперименты дали возможность получить топологический изолятор с запрограммированными характеристиками.

Этой теме были посвящены и другие публикации в научной прессе – в частности, в одной из статей рассказывалось об экспериментальной работе, направленной на создание изолятора с заданными заранее характеристиками. При помощи фотоэлектронной спектроскопии ученые провели исследования изолятора, в основе которого был свинец и обнаружили состояние, которое было локализовано в тех областях материала, в которых сохранилась спиновая поляризация. Данное открытие имеет весьма важное значение с точки зрения создания реальных топологических изоляторов для нужд промышленности и при разработке технологий.