아오야마 학원 대학의 춘산 준지준 교수(연구 당시: 도쿄 대학 물성 연구소)와 카츠모토 신고 교수, 캘리포니아 대학의 Ruqian Wu 교수 등의 연구 그룹은 그래핀을 토폴로지컬 절연체로 변화시키는 데 성공했다.
그래핀은 탄소만으로 구성된 원자 XNUMX개의 얇음 밖에 없는 시트상 물질로, 매우 튼튼하고 전기 전도성이 좋고, 외부로부터 가한 전압으로 제어할 수 있기 때문에, 차세대 전자 디바이스 재료로서 주목받고 있다 .한편, 토폴로지컬 절연체는 계면에만 금속적인 상태가 나타나는 물질로, 스핀트로닉스에의 응용이 기대되고 있다.
그래핀은 이론적으로 처음으로 토폴로지컬 절연체가 예언된 모델 물질이지만, 현실에는 구성 원자가 가볍기 때문에 토폴로지컬 절연체에 필요한 강한 스핀 궤도 상호작용을 갖지 않는다.그래서 본 연구에서는 비스무스와 텔루루라는 무거운 원자로 구성된 초미립자를 그래핀 위에 미량으로 분포시킴으로써 스핀 궤도 상호작용의 도입을 시도했다.미량의 미립자이므로 그래핀 유래의 밴드 구조는 남아 있지만, 탄소 격자와 미립자 사이에 양자 터널 효과를 통해 스핀 궤도 상호작용이 도입되어 외부로부터 가하는 전압을 제어함으로써 토폴로지컬 절연체 상태가 발현 한다고 한다.
이것을 전기 전도 측정, 상태 밀도 측정, 또한 제XNUMX 원리 계산에 의해 검증한 결과, 그래핀 내에서 토폴로지컬 절연체 상태가 발생하고 있는 것이 처음으로 확인되었다.
본 성과는 전자 디바이스에도 유용한 그래핀에 토폴로지컬한 성질을 부여할 수 있었기 때문에 향후 스핀트로닉스나 발레이트로닉스를 포함하여 응용 가능성이 크게 퍼질 것으로 기대되고 있다.
