Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Engineers Show Feasibility of Superfast Materials for Computing

15.02.2013
University of Utah engineers demonstrated it is feasible to build the first organic materials that conduct electricity on their edges, but act as an insulator inside. These materials, called organic topological insulators, could shuttle information at the speed of light in quantum computers and other high-speed electronic devices.

The study published this week in the journal Nature Communications will help pioneer a new field of research in materials science, in the same way organic materials lowered the cost and eased production of light-emitting diodes and solar cells, says senior author Feng Liu, professor and chair of materials science and engineering.


Zhengfei Wang and Feng Liu, University of Utah.

University of Utah engineers demonstrated it is feasible to build the first organic materials that conduct electricity on their molecular edges, but act as an insulator inside. Called organic topological insulators, these materials are made from a thin molecular sheet (left) that resembles chicken wire and conducts electricity on its right edge (blue line) -- with the electrons carrying more information in the form of "up" spin. These new materials could be used to shuttle information at the speed of light in quantum computers due to the unique physical behavior a special class of electrons called Dirac fermions, depicted (right) in a plot of their energy and momentum.

“This is the first demonstration of the existence of topological insulators based on organic materials,” says Liu. “Our findings will broaden the scope and impact of these materials in various applications from spintronics to quantum computing.”

While other researchers still must synthesize the new organic topological insulators, Liu says his team’s previous work “shows we can engineer an interface between two different thin films to create topological insulators,” in which electrons known as Dirac fermions move along the interface between two films, Liu adds.

Liu and his co-workers at the University of Utah’s College of Engineering performed theoretical calculations to predict the existence of an organic topological insulator using molecules with carbon-carbon bonds and carbon-metal bonds, called an organometallic compound. For this new study, the team investigated how Dirac fermions move along the edges of this compound, which looks like a sheet of chicken wire.

To generate a topological insulator, scientists have to design materials that can transmit fermions. In a topological insulator, fermions behave like a massless or weightless packet of light, conducting electricity as they move very fast along a material’s surface or edges. When these fermions venture inside the material, however, this “weightless” conductivity screeches to a halt.

What’s more, Dirac fermions have a property called spin, or angular momentum around the particle’s axis that behaves like a magnetic pole. This property gives scientists another way to place information into a particle because the spin can be switched “up” or “down.” Such a mechanism could be useful for spin-based electronic devices, called spintronics, which can store information both in the charge and the spin of electrons.

“We have demonstrated a system with a special type of electron – a Dirac fermion – in which the spin motion can be manipulated to transmit information,” Liu says. “This is advantageous over traditional electronics because it’s faster and you don’t have to worry about heat dissipation.”

Earlier this year, Liu and his team discovered a “reversible” topological insulator in a system of bismuth-based compounds in which the behavior of ordinary or Dirac fermions could be controlled at the interface between two thin films. Bismuth is a metal best known as an ingredient of Pepto-Bismol. These theoretical predictions were confirmed experimentally by co-authors from Shanghai Jiaotong University in China.

Although inorganic topological insulators based on different materials have been studied for the last decade, organic or molecular topological insulators have not.

Liu conducted the study with Zhengfei Wang and Zheng Liu, both postdoctoral fellows in materials science and engineering at the University of Utah. The study was funded primarily by the U.S. Department of Energy, with additional support from the Army Research Laboratory and from the National Science Foundation through the University of Utah’s Materials Research Science and Engineering Center.

University of Utah College of Engineering
72 S. Central Campus Dr., Room 1650 WEB
Salt Lake City, UT 84112
801-581-6911 fax: 801-581-8692
www.coe.utah.edu
Contacts:
-- Feng Liu, professor and chair of materials science and engineering –
cell 801-815-7659, office 801-587-7719, fliu@eng.utah.edu
-- Aditi Risbud, senior communications and marketing officer, College of Engineering – cell 213-400-5815, office 801-587-9038, aditi.risbud@coe.utah.edu

Aditi Risbud | Newswise
Further information:
http://www.utah.edu
http://www.coe.utah.edu

More articles from Materials Sciences:

nachricht Serendipity uncovers borophene's potential
23.02.2017 | Northwestern University

nachricht Switched-on DNA
20.02.2017 | Arizona State University

All articles from Materials Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2017

23.02.2017 | Veranstaltungen

Wie werden wir gesund alt? - Alternsforscher tagen auf interdisziplinärem Symposium in Magdeburg

23.02.2017 | Veranstaltungen

Luftfahrt der Zukunft

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor

23.02.2017 | Physik Astronomie

Tausende Holztäfelchen simulieren Plastikmüll

23.02.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Neuer Mechanismus der Gen-Inaktivierung könnte vor Altern und Krebs schützen

23.02.2017 | Biowissenschaften Chemie