Physiker der Universität Jyväskylä und der Aalto-Universität in Finnland haben in einer Zusammenarbeit erfolgreich einen zweidimensionalen topologischen kristallinen Isolator im Experiment hergestellt. Die theoretische Vorhersage dieses Quantenmaterials existiert seit über einem Jahrzehnt, konnte jedoch aufgrund von Schwierigkeiten bei der Materialherstellung bisher nicht realisiert werden. Diese Forschungsergebnisse bieten eine neue Materialplattform für die Entwicklung von Nanobauteilen.
Die Studie wurde von Associate Professor Kezilebieke Shawulienu geleitet, unter Beteiligung von Professor Peter Liljeroth und Professor Jose Lado von der Aalto-Universität sowie anderen. Das Team verwendete Molekularstrahlepitaxie, um eine atomar dünne Doppelschicht aus Zinn(II)-tellurid auf einem Niobdiselenid-Substrat zu züchten und so das Zielmaterial herzustellen. Die Forscher nutzten ein Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop, um die elektronischen Eigenschaften des Systems mit atomarer Präzision zu charakterisieren. In diesem zweidimensionalen System beobachteten sie gepaarte, durch Gittersymmetrie geschützte leitende Randzustände, ein charakteristisches Merkmal topologischer kristalliner Isolatoren. Die entsprechende Arbeit wurde in der Zeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.
Die Studie ergab, dass die Druckverformung (Kompression) durch das Substrat ein Schlüsselfaktor für die Stabilisierung der topologischen Phase dieses Materials ist und dass die Größe der Verformung die topologischen Randzustände steuern kann. Messungen zeigten, dass sich die Randzustände innerhalb einer elektronischen Bandlücke von mehr als 0,2 Elektronenvolt bilden. Berechnungen auf Basis der Dichtefunktionaltheorie (first-principles calculations) bestätigten, dass die beobachteten Randzustände einen topologischen Ursprung haben. Die Forscher detektierten auch Wechselwirkungen zwischen benachbarten Randzuständen, deren Energieverschiebung sowohl durch elektrostatische Wechselwirkungen als auch durch quantenmechanisches Tunneln verursacht wird. Da das Material eine relativ große Bandlücke aufweist, wird erwartet, dass seine topologischen Eigenschaften bei Raumtemperatur stabil bleiben. Dieser Fortschritt schafft eine experimentelle Plattform für die Untersuchung spannungsgesteuerter zweidimensionaler topologischer Zustände und könnte die Fortschritte in der Spintronik und im Bereich der Nanobauteile vorantreiben.
Veröffentlichungsdetails: Autoren: Liwei Jing et al., Titel: „Strain-induced two-dimensional topological crystalline insulator in bilayer SnTe“, veröffentlicht in: „Nature Communications“ (2026). Zeitschrifteninfo: „Nature Communications“
