Teoretiskt har forskarsamhället länge vetat att det borde finnas material som har noll ytresistans, där alltså elektroner kan färdas utan energiförlust längs ytan. Men i praktiken har ingen visat upp något sådant material med dessa egenskaper vid rumstemperatur, förrän nu. Materialet heter vismuttellurid, Bi₂Te₃, och är framtaget av ett forskarlag vid Stanford som publicerat nyheten i nättidningen Science Express (länk till abstract).

Fenomenet kallas topologisk isolator, och bygger på den kvantmekaniska Halleffekten (quantum spin Hall effect) som förutspår hur varje elektrons spinn hänger samman med dess rörelse. Extremt förenklat kan man säga att Halleffekten gör det omöjligt för elektroner att studsa rakt bakåt då de stöter i något. Den dramatiska konsekvensen blir att elektronerna flödar utan motstånd. Spänningssätter man en topologisk isolator kommer strömmen av elektroner att flöda utan att värma upp materialet eller diffundera in i detsamma.

Experimenten föregicks av teori. Stanfordforskaren Shoucheng Zhang hade förutspått att flera legeringar av vismut och antimon borde kunna agera som topologiska isolatorer vid rumstemperatur. Fysikerna Yulin Chen och Zhi-Xun Shen veriferade sedan resultatet i just vismuttellurid.

– Teorierna var mycket nära, men där fanns skillnader mot verkligheten. Experimenten visade att vismuttelurid klarade till och med högre temperaturer än teoretikerna hade förutspått. Det innebär att materialet är närmare tillämpning än vi trott, säger Chen till nyhetsbrevet Cellular News.

Forskarna påpekar att materialtypen inte lämpar sig för kraftöverföring, som en del andra supraledare, eftersom de endast kan hantera låga strömmar. Däremot kan framstegen bereda vägen för ett paradigmskifte inom mikroelektroniken, hävdar de.

– Det kan leda till nya tillämpningar av spinntronik, och till att använda elektronernas spinn till att överföra information. Jag är optimistisk att vi kan få fram nya komponenter, transistorer och spinntroniktillämpningar, säger forskaren Xiaoliang Qi till nyhetsbrevet.

Materialet har också andra trevliga egenskaper. Det går att tillverka med konventionella halvledarprocesser, och är enligt forskarna tämligen enkelt att dopa.

– Det här är redan en mycket spännande grej. Med det här materialet kan vi göra komponenter med helt nya funktionsprinciper, säger Qi till Cellular News.