Физики предложили экспериментальную модель топологических изоляторов второго порядка на основе графена с наноструктурным подслоем. Такой подход позволяет управлять распределением энергетических зон в графене «удаленно» с помощью метазатвора. Разработанная система поможет в изучении квантовых нелокальных эффектов в периодически легированном графене и разработке сверхкомпактных нанофотонных волноводов и резонаторов.

Работа опубликована в Advanced photonics.

Начало активному исследованию топологических изоляторов положила нобелевская премия 2016 года «за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи».

Структура энергетических уровней изолятора отличается от полупроводника или проводника тем, что все его электроны находятся в валентной зоне, в то время как зона проводимости остается незаполненной. Электроны двумерных материалов в магнитном поле тоже имеют распределение по уровням, называемым уровнями Ландау. На границе раздела такой структуры и вакуума энергетические уровни выстраиваются так, что по поверхности может протекать ток. Важно, что состояния с такими энергиями являются стабильными и нечувствительными к внешним воздействиям. Поделиться

Размерность пространства, в котором протекает ток в топологических изоляторах имеет меньшую размерность, чем сам изолятор. То есть для объемных структур ток может протекать по ее поверхности или ребру, а для двухмерных — вдоль одной линии или локализоваться в какой-то точке.

Группа физиков под руководством Геннадия Швеца (Gennady Shvets) из Корнеллского университета выбрала второй вариант — они изготовили фотонный кристалл на основе графена и показали наличие одномерных и нульмерных токов в нем.