Физики Мин Йи и Эмилия Морошан из Университета Райса создали материал с необычными электронными свойствами, который может сделать электронику мощнее и энергоэффективнее. Ученые добавили немного индия в слоистый кристалл на основе тантала и серы — и это изменило его симметрию, открыв путь к новым физическим явлениям.

Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

Материал назвали металлом с узловыми линиями Крамерса — в нем электроны с разными спинами движутся в противоположных направлениях, словно машины на встречных полосах, пока не встречаются в особой точке. Более того, он показал признаки сверхпроводимости — способности проводить ток без потерь. Это делает его перспективным для квантовых вычислений и энергосистем.

Мы нашли способ создавать материалы с нужными свойствами для электроники будущего, — говорит Йи.

Команда экспериментировала с составом, используя сложные методы:

• измеряла энергию и спин электронов,
• анализировала поведение материала в магнитном поле.

Теория совпала с практикой — это подтвердило уникальность структуры.

Мы можем тонко настраивать свойства материала, усиливая его топологические особенности, — объясняет аспирант Йичен Чжан.

Открытие только начало. Ученые планируют искать другие подобные материалы — возможно, они скрывают еще больше сюрпризов.

Этот материал — шаг к энергосберегающей электронике. Сверхпроводимость при комнатной температуре (пока недостижимая) решила бы проблему потерь энергии в сетях. Топологические свойства полезны для квантовых компьютеров, где устойчивость к помехам критична. Также работа углубляет понимание квантовых явлений, что важно для фундаментальной науки.

Но отметим, что пока материал изучали только в лаборатории. До коммерческого применения далеко: нужно проверить стабильность свойств в реальных условиях и найти дешевые методы производства.

Ранее ученые разработали недорогие электроды — без индия. Индий довольно редок и дорог.