Поверхностные каналы топологических изоляторов (ТИ) можно использовать для эффективной передачи и обработки информации, закодированной в спине электронов. Однако для сохранения квантовых свойств таких каналов все известные ТИ приходится охлаждать примерно до –270 °C, что делает малопрактичным прикладное применение этой спинтронной технологии.

Физики из Вюрцбургского университета (Германия) представили в журнале Science элегантное решение, позволяющее обойти данную проблему. Оно базируется на использовании особой комбинации материалов, состоящей из одного слоя атомов висмута на подложке из карбида кремния.

В такой тонкой пленке кристаллическая структура карбида кремния заставляет тяжелые атомы висмута выстраиваться, образуя решётку с шестиугольными ячейками, аналогичную структуре графена.

Помимо этой схожести, побудившей синтезировавших новый материал ученых назвать его висмутеном, имеется и важное отличие от графена — наличие химических связей с подложкой. Именно они обеспечивают данному материалу уникальные электронные свойства, открытые в ходе компьютерного моделирования.

Если обычный висмут это электропроводный металл, то гексагональный монослой остаётся ярко выраженным изолятором, даже при комнатной температуре и намного выше её. Каналы электронной проводимости располагаются на краях образца висмутена. Их существование было доказано теоретически и подтверждено экспериментами команды из Вюрцбурга.

Такие каналы проводимости имеют «топологическую защиту», то есть могут использоваться для передачи информации, в том числе нескольких электронных спинов, практически без потерь, что создаёт предпосылки для эффективных информационных приложений спинтроники.