Insulator topologi bisa ada dalam enam tipe baru yang tidak terlihat sebelumnya. Hasilnya dapat membantu memberikan wawasan tentang fisika kuantum.
Profesor fisika MIT Senthil Todadri mengatakan perilaku listrik yang tidak biasa dari bahan yang disebut isolator topologi mengingatkannya pada lukisan tahun 1915 oleh seniman Rusia Kazimir Malevich, yang disebut "Lingkaran Hitam," karena satu-satunya fitur yang menarik dalam lukisan itu adalah batas antara lingkaran hitam dan latar belakang putih. Dalam isolator topologi, semua aktivitas listrik yang signifikan terjadi hanya pada permukaan, bukan interior. Keterangan oleh David Chandler. Gambar melalui Kantor Berita MIT
Insulator topologi adalah bahan yang permukaannya dapat dengan bebas menghantarkan elektron meskipun interiornya adalah isolator listrik. Sebuah tim peneliti di MIT sekarang telah melakukan analisis terperinci atas bahan-bahan ini yang mengisyaratkan keberadaan enam jenis baru isolator topologi. Hasilnya menarik bagi fisikawan karena isolator topologis memiliki sifat yang tidak biasa yang dapat memberikan wawasan tentang fisika kuantum.
Karya ini juga memprediksi sifat fisik material secara cukup rinci sehingga memungkinkan untuk mengidentifikasi enam jenis isolator topologi baru secara jelas, jika diproduksi di laboratorium, kata para ilmuwan.
Temuan baru dilaporkan minggu ini di jurnal Ilmu oleh profesor fisika MIT Senthil Todadri, mahasiswa pascasarjana Chong Wang, dan Andrew Potter, mantan mahasiswa pascasarjana MIT yang sekarang menjadi postdoc di University of California di Berkeley.
"Berbeda dengan isolator konvensional, permukaan isolator topologi memiliki fisika eksotis yang menarik baik untuk fisika fundamental, dan mungkin untuk aplikasi," kata Senthil. Tetapi upaya untuk mempelajari sifat-sifat bahan ini telah "mengandalkan model yang sangat disederhanakan di mana elektron di dalam padatan diperlakukan seolah-olah mereka tidak berinteraksi satu sama lain." Alat analitik baru yang diterapkan oleh tim MIT sekarang mengungkapkan "bahwa ada adalah enam, dan hanya enam, jenis baru isolator topologi yang membutuhkan interaksi elektron-elektron yang kuat. "
"Permukaan bahan tiga dimensi adalah dua dimensi," kata Senthil - yang menjelaskan mengapa perilaku listrik permukaan isolator topologi sangat berbeda dari interior. Namun, ia menambahkan, “Jenis fisika dua dimensi yang muncul tidak akan pernah bisa menjadi materi dua dimensi. Pasti ada sesuatu di dalam, jika tidak, fisika ini tidak akan pernah terjadi. Itulah yang menarik tentang materi ini, "yang mengungkapkan proses yang tidak muncul dengan cara lain.
Bahkan, kata Senthil, karya baru ini berdasarkan analisis fenomena permukaan seperti itu menunjukkan bahwa beberapa prediksi fenomena sebelumnya dalam bahan dua dimensi "tidak mungkin benar."
Karena ini adalah temuan baru, katanya, terlalu dini untuk mengatakan aplikasi apa yang mungkin dimiliki oleh isolator topologi baru ini. Tetapi analisis tersebut memberikan perincian tentang sifat-sifat yang diprediksi yang seharusnya memungkinkan para eksperimentalis untuk mulai memahami perilaku keadaan eksotis materi ini.
"Jika ada, kita tahu cara mendeteksi mereka," kata Senthil tentang fase baru ini. "Dan kita tahu bahwa mereka bisa eksis." Namun apa yang belum ditunjukkan oleh penelitian ini, adalah apa komposisi isolator topologi baru ini, atau bagaimana cara membuatnya.
Langkah selanjutnya, katanya, adalah mencoba untuk memprediksi "komposisi apa yang mungkin mengarah pada" fase-fase yang baru diprediksi dari isolator topologi ini. "Ini pertanyaan terbuka sekarang karena kita perlu menyerang."
Melalui Berita MIT