Группа исследователей из RIKEN и Токийского университета продемонстрировала новый материал, который обещает устранить потери при передаче электроэнергии. Удивительно то, что их методология решения этой классической энергетической проблемы основана на первой реализации весьма экзотического типа магнитного полупроводника, впервые теоретизированного менее десяти лет назад, - магнитного топологического изолятора..
Разработка энергосберегающих технологий - одно из центральных направлений современной науки. От продвижения альтернативных источников энергии, таких как энергия ветра и солнца, до улучшения инфраструктуры электросетей, это стремление ученых и инженеров принимает самые разные формы. В последние годы одним из направлений деятельности было устранение потерь энергии при самой передаче электроэнергии, которая, по некоторым оценкам, потребляет более 10% всей производимой энергии. Исследовательская группа продемонстрировала новый материал - магнитный топологический изолятор, который может устранить эти потери.
Работа коллаборации RIKEN/UT тесно связана со знаковым открытием 1980-х годов, так называемым квантовым эффектом Холла. Известно, что этот эффект создает электрические каналы без диссипации, но для его работы требуются большие громоздкие магниты, чтобы создавать поля в 100 000 раз больше, чем магнитное поле Земли. Сотрудничество RIKEN/UT обошло эту трудность, используя экзотический тип полупроводника, который, по прогнозам, будет демонстрировать аналогичный эффект. В отличие от квантового эффекта Холла, этот эффект, известный как квантовый аномальный эффект Холла, связан с собственной намагниченностью полупроводника, а не с внешней. В основе этого нового явления лежит взаимодействие между магнитными ионами и токонесущими частицами топологического изолятора (известными как фермионы Дирака), последние из которых уникальны, потому что ведут себя так, как будто они имеют нулевую массу.
Устройства, созданные командой RIKEN/UT, являются надежным «доказательством принципа», демонстрирующим, что этот новый тип транспорта без рассеяния можно использовать в прототипах транзисторов. Хотя в настоящее время требуются криогенные условия, улучшения в конструкции материалов обещают улучшить стабильность магнитов, что позволит эксплуатировать их при более высоких температурах. Благодаря отказу от внешних раздражителей, таких как магнитные поля и, в будущем, криогенное охлаждение, эти новые магнитные топологические изоляторы могут представлять собой наиболее эффективный путь модернизации энергосистемы за счет устранения потерь при передаче энергии.