Исследователи разработали модель для обнаружения баллистического потока электронов в двумерных топологических материалах

Феномен баллистических электронов, при котором носители заряда перемещаются практически без потерь, избегая рассеяния на дефектах структуры, остается ключевым направлением в исследовании современных квантовых материалов. Такое поведение, характерное для сред с ограниченной размерностью, открывает значительные перспективы для электроники будущего. Ученые из Исследовательского центра Юлих (Forschungszentrum Jülich) и Аахенского университета (RWTH Aachen University) разработали новаторскую модель, способную идентифицировать этот особый вид потока электронов в условиях, максимально приближенных к реальным экспериментальным установкам.

Баллистические каналы, формирующиеся по краям двумерных топологических материалов, считаются основой для создания высокоэффективных схем и устойчивых кубитов в квантовых компьютерах. Новый подход основан на фундаментальных принципах теории баллистического переноса заряда, заложенных Рольфом Ландауэром. Классическая модель Ландауэра предполагала идеализированный сценарий, где электроны могли входить или покидать канал только на его крайних точках. Однако разработка исследователей из Юлиха преодолевает это ограничение, признавая, что баллистический канал заряда не существует изолированно, а является частью более крупного проводящего материала, обеспечивающего инжекцию тока.

Это означает, что электроны могут проникать в канал или выходить из него по всей его протяженности, что в точности соответствует лабораторным наблюдениям. Доктор Кристоф Мурс, первый автор исследования, отметил, что это позволяет впервые описать поведение краевых каналов в соответствии с действительностью. Предложенная теория, по его словам, предоставляет четкие сигнатуры для однозначного определения безпотерьного баллистического тока и его отличия от обычного, диссипативного переноса заряда.

Модель предсказывает характерные распределения напряжения, которые могут быть зафиксированы непосредственно с помощью нанозондов или многозондовых сканирующих микроскопов. Разграничение между баллистическими и диссипативными токами является критически важным шагом для окончательного подтверждения существования этих необычных каналов проводимости и их практического использования в будущих устройствах. Исследования топологических материалов, таких как топологические изоляторы, демонстрирующие баллистическое поведение на поверхности, активно ведутся для создания сверхбыстрых транзисторов. Точное моделирование этих эффектов напрямую влияет на разработку новых материалов с заданными электронными свойствами, что является основой для полупроводниковых технологий следующего поколения.