Neue Materialien sollen Computer revolutionieren

Streit um Topologische Isolatoren: Wissenschaftler weisen die Stabilität ihrer Oberflächenzustände nach. Damit erheben sie die neue Materialklasse zum Hoffnungsträger der Computertechnologie.

Wissenschaftler vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) haben nun erforscht, wie sich topologischen Isolatoren verhalten, wenn die Oberfläche mit Eisen beschichtet wird. Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass die Stabilität an Kontaktstellen zu magnetischen Materialien verloren geht. Eine solche Grenzfläche aus topologischem Isolator und Ferromagnet ist für die Entwicklung neuer Speichermedien in der Computerindustrie von großem Interesse. Die Erkenntnis hat Markus Scholz aus der Abteilung Magnetisierungsdynamik des HZB im Rahmen seiner Doktorarbeit gewonnen und jetzt im Fachjournal Physical Review Letters veröffentlicht.

„Nach der Entdeckung der topologischen Isolatoren herrschte zunächst große Euphorie“, sagt Markus Scholz: „Die Materialklasse war der große Hoffnungsträger in der Computertechnologie. Dann setzte sich die Annahme durch, dass ein topologisch geschützter Zustand extrem empfindlich auf magnetische Materialien reagieren soll – und das war eine große Enttäuschung.“ Denn für Anwendungen in Computerbauteilen, wie neuen Speichermedien, ist es von enormer Bedeutung, dass der Oberflächenzustand auch in unmittelbarer Nähe eines magnetischen Materials stabil bleibt.

Nun hat Schulz mit einer aufwändigen Methoe nachgewiesen, dass Bismutselenid – der bisher bekannteste topologischem Isolator – seine topologischen Oberflächenzustände auch nach der Beschichtung mit Eisen behält.

„Damit sind neue Forschungsanstrengungen gerechtfertigt, Bismutselenid für Anwendungen in der Computerforschung weiter zu entwickeln“, sagt Sánchez-Barriga: „Denkbar sind beispielsweise magnetische Transistoren.“
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat nun bekannt gegeben, dass sie ein Schwerpunktprogramm zu topologischen Isolatoren einrichten wird, in dem ungefähr 25 bis 30 Forschergruppen gefördert werden sollen.

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