Samariumhexaborid. Foto: University of Maryland

SAMARIUMHEXABORID

Leder strøm på utsiden, men har et isolerende indre

  • Industri

TU: Flere forskningsgrupper antyder at materialet samariumhexaborid er en topologisk isolator. Det skaper bølger i det internasjonale fysikkmiljøet. Hva handler dette om?

Arne Brataas: Topologiske isolatorer er en ny klasse materialer med egenskaper som er forskjellige fra de man har vært kjent med til nå. Hvis vi klassifiserer ut fra materialers ledningsevne, har vi metaller, halvledere, superledere og isolatorer.

Når en femte klasse kommer til, utvides området for hva man trodde skulle være mulig.

Mens metaller leder strøm godt, kan ikke isolatorer lede strøm i det hele tatt. Topologiske isolatorer er som en blanding av metaller og isolatorer. De leder strøm på overflaten, men ingen strøm går på innsiden. Ved å forske på dem kan vi oppdage nye effekter.

For tiden er det veldig stor vitenskapelig interesse knyttet til dem.

Les også: Lager strøm av vind uten en eneste bevegelig del

TU: Topologiske isolatorer er et unntak fra regelen om at nye, spennende materialer først blir oppdaget eksperimentelt, og senere forklares teoretisk. Når dukket de egentlig opp?

AB: De ble teoretisk forutsagt i 2005. Ut fra dette så man på kjente materialer, og siden den gang har man funnet og designet noen materialer som nesten oppfører seg slik teorien sier. De har vært veldig vanskelige å lage og forstå, og de har ikke blitt akkurat slik man skulle ønske.

Les også: Nytt superbatteri kan lades på sekunder

TU: Betyr det at denne teoretiske klassen materialer ikke har blitt demonstrert før nå, samtidig som samariumhexaborid har ligget rett under nesen på forskerne hele tiden?

AB: Urenheter har gjort at de eksemplene man har hatt, ikke har fungert helt som isolatorer inni. Vi kan si at teorien er demonstrert, men ikke så ideelt som man kunne tenke seg. Håpet for samariumhexaborid er at dette materialet er en bedre isolator inni, og dermed passer bedre til den teoretiske beskrivelsen. Da vil det bli mulig å studere de rare effekt­ene mer i detalj.

Les også: Dette er verdens letteste materiale

TU: I medieomtalen den siste tiden har det vært mye snakk om bruksområder for topologiske halv­ledere, for eksempel innen elektronikk. Er dette et nytt supermateriale?

AB: Når det dukker opp en ny klasse materiale­r, er forskerne først interesserte i nye effekter. For eksempel blir topologiske isolatorer påvirket av elektriske og magnetiske felter på en måte som ikke følger vanlig intuisjon.

Sannsynligvis vil fysikkmiljøet oppdage nye egenskaper. Det forklarer den store faglige interessen. Hva dette kan brukes til, kommer i kjølvannet. Kanskje forblir materialet eksotisk og rart, eller kanskje kan egenskapene brukes til noe vi ikke har tenkt oss. Så langt har man ikke klart å sikte seg inn på bruksområder i den grad man kan få inntrykk av.

Det kan godt hende topologiske isolatorer kan brukes innen elektronikk på sikt, muligens innen nanoelektronikk eller kvanteinformasjon. Samtidig er de som forsker på dette interessert i å selge ideene og få penger til sin forskning.

Jeg tror nytten av topologiske isolatorer til elektronikk er overdrevet. De kan kanskje brukes til noe måleteknisk, fordi de har en presis Kvante-Hall-effekt som brukes som en veldig nøyaktig enhet for motstand. Sannsynligvis er de mest interessante for videre forskning på materialer generelt, og på kvanteeffekter i materialer.

Les også: Dette tauet er like sterkt som stål

TU: Finnes det andre teoretiske materialer i dag?

AB: Det finnes nok en del, men mange av dem er mindre realistiske. Naturen er ellers ganske unik, så nye materialer kan dukke opp. Det er fortsatt mye å oppdage som kan være interessant for teknologi eller grunnforskning, og utviklingen­ skjer veldig raskt. Hype-faktoren i vitenskapen har samtidig blitt større. Dukker det opp noe nytt, vil alle være med på det – så interessen blir kanskje større enn det som er helt rasjonelt.

Les også: 5 spørsmål om gjenvinning av plast