Az MTA Wigner FK és az Indiai Technológiai Intézet (IIT Delhi) kutatói, Indiai-Magyar Akadémiai együttműködésben, sikeresen igazoltak kísérletileg egy elméleti jóslatot, miszerint topológiai szigetelőket elő lehet állítani úgynevezett fél-Heusler ötvözetként is, az eddigi nehézfém-kalkogén típusú kompoundok (HgTe, CdTe, stb) után.
A fenti képen az új anyag látható: c) Atomerő-mikroszkóppal (AFM) készült felvétel a vékonyréteg minta felszínéről. d) megdöntött vékonyréteg mintán mészült 3 dimenziós AFM felvétel mutatván a minta érdességét, ami ~ 0,8 nm.
Az új anyagról a legrangosabb tudományos lapok közé tartozó Scientific Reports is beszámolt.
A topológiai szigetelők egy fajtájának, a fél-Heusler ötvözeteknek (XYZ összetételben) az előnye az eddigi binér kompoundokkal (két féle összetevőből álló anyaggal) szemben az, hogy az összetétellel és a koncentrációval hangolható a sávszerkezet és ez által megtalálható az optimális topológiai szigetelő.
A kutatók a kísérletek során több mint 20 különböző összetételű XYZ tipusú, nehézfém alapú Heusler ötvözetet állítottak elő. (Az X, az Y és Z különböző anyagokat jelölnek) Az ötvözetek közül a DyPdBi, azaz a diszprózium-palládium-bizmut összetétel bizonyult egyedül olyannak, amely a triviális és a topológikus állapotok határán fekszik a rácsállandó alapján ítélve (a = 6,63 Å).
A lézer ablációval készült vékonyrétegen, (lézeres abláció során a nagyteljesítményű impulzus lézer nyalábjának céltárgyra való fókuszálása során a felületre merőleges plazmaállapotú anyagfelhő lép ki az anyagból) MgO (100) –ra leválasztva, ki lehetett mutatni a gyenge antilokalizációt és a Shubnikov-de Haas oszcillációt (ez többnyire csak erős mágneses terekben és alacsony hőmérsékleten jelentkezik), amelyek fémjelzik a felületi topológiai szigetelő állapot meglétét. Az állapot kialakulását, a bizmut okozta nagy spin-pálya csatolás mellett, elősegíti a hordozó és a leválasztott réteg rácsállandóinak különbözősége miatt kialakuló maradék deformáció (0,2 %), amely megnöveli a réteg rácsállandóját.
- Különböző hordozó hémérsékleteken leválasztott 20 nm vastag DyPdBi vékonyrétegek röntgen diffraktogram felvételei,
- Az <110> irányú DyPdBi atomok növekedési arhitektúrája a MgO hordozó (100) síkján.
A DyPdBi összetételen szerzett tapasztalatok megnyitják az utat az új topológiai szigetelők előállítása felé.
A tömbi mintákat az MTA Wigner FK SZFI-ből Varga Lajos Károly állította elő. Az eredmények a neves Scientific Report folyóiratban jelentek meg.
„Quantum Oscillations of Surface States in Topologically Nontrivial DyPdBi(110)Half Heusler alloy”,
Vishal Bhardwaj, Satyendra Prakash Pal, Lajos K. Varga, Monika Tomar, Vinay Gupta &Ratnamala Chatterjee,
Scientific Reports | (2018) 8:9931 | DOI:10.1038/s41598-018-28382-1
