نظریه‌پردازان پیش‌بینی کرده‌اند که پراکندگی از ناخالصی‌های غیرمغناطیسی موجب اختلال در شارش جریان در یک عایق توپولوژیک می‌شود.

یک عایق توپولوژیک، برخلاف ویژگی‌های عایقش، قادر است جریانی در طول لبه‌های بیرونی‌اش برقرار سازد. بر اساس این نظریه، این جریان به واسطه‌ی نقص‌های ماده تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد اما به لحاظ تجربی پژوهش‌گران این رسانایی بی‌وقفه‌ را تنها در طول فواصل کوتاه در یک عایق توپولوژیک مشاهده کرده‌اند. اکنون ماکرو پولینی (Marco Polini) از موسسه‌ی فناوری و دانشگاه منچستر در انگلستان و همکارانش نظریه‌ای را توسعه داده‌اند که این شکست در رسانایی را توضیح می‌دهد. درک منشاء این پدیده می‌تواند امکان طراحی عایق‌های توپولوژیکیِ بدون شکست رسانایی را فراهم کند که به افزایش کاربردهای این مواد شامل محاسبات کوانتومی منجر می‌شود.

در مدل این تیم، اثرات ناخالصی‌ها در لبه‌های یک عایق توپولوژیک و اندرکنش‌‌های میان الکترون‌های ماده محاسبه شده است. آن‌ها دریافتند که وقتی یک ناخالصی غیرمغناطیسی با الکترون‌های اندرکنش‌کننده احاطه می‌شود، چنان عمل می‌کند که گویی مغناطیسی است. میدان‌های مغناطیسی جایگزیده‌ای که در اثر این پدیده نتیجه می‌شوند، حول ناخالصی‌ها توسعه پیدا کرده، الکترون‌ها را در این مکان‌ها به عقب پراکنده ساخته و شارش جریان را مختل می‌سازند. این اختلال را می توان با آنچه وقتی مردم در جهت مخالف جریان جمعیت حرکت کرده و مانع حرکت جمعیت می شوند، مقایسه کرد.

اگرچه پولینی و همکارانش اولین کسانی نیستند که پیشنهاد داده‌اند اندرکنش‌های مابین الکترون‌ها و ناخالصی‌های غیرمغناطیسی می‌تواند رسانایی یک عایق توپولوژیک را مختل کند، اما آن‌ها اولین افرادی هستند که پیش‌بینی کرده‌اند این رفتار حتی وقتی ماده در صفر کلوین باشد هم اتفاق می‌افتد. آزمایش‌های اخیر نشان می‌دهند که رسانایی یک عایق توپولوژیک دوبعدی وابسته به دماست؛ نتیجه‌ای که اعتماد به مدل پیشنهادی گروه را تقویت می کند.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لتزر به چاپ رسیده است.

منبع:

Interrupting Flow in a 2D Topological Insulator