Otkako su 2007. istraživači predvidjeli prve elektroničke topološke izolatore, materijale u kojima se elektroni ponašaju na načine koji su "topološki zaštićeni" ili postojani pred određenim poremećajima, topološki koncepti sve se češće primjenjuju za otkrivanje materijala sa sličnim robusnim elektroničkim svojstvima. 

Uz pomoć superračunala

Donedavno je bilo identificirano nekoliko topoloških materijala od kojih bi se mogli izraditi bolji i robusniji elektronički uređaji pa se pretpostavljalo da su oni rijetki. No, sada su istraživači MIT-a uz pomoć kolega s drugih fakulteta otkrili da se topološki materijali zapravo nalaze posvuda, samo ih trebate znate tražiti.

U članku, objavljenom u časopisu Science, navedeno je više od 96.000 prirodnih i sintetičkih kristalnih materijala, mapiranih pomoću više superračunala. Pokazalo se da 90 posto svih poznatih kristalnih struktura sadrži barem jedno topološko svojstvo, a više od 50 posto svih prirodnih materijala pokazuje neku vrstu topološkog ponašanja.

Poučak krafne

Topologija proizlazi iz grane matematike koja proučava oblike kojima se može manipulirati bez gubitka određenih temeljnih svojstava. Krafne s rupom u sredini tipičan su primjer: da su gumene, mogle bi se uvrnuti i stisnuti u potpuno novi oblik, uz zadržavanje središnje rupe. Rupa je u ovom slučaju topološka osobina, otporna na određene deformacije.

Istraživači su temeljem podataka izradili i novu, slobodno dostupnu bazu podataka topoloških materijala koja nalikuje periodnom sustavu.

S ovom novom bibliotekom znanstvenici mogu brzo pretraživati topološka svojstva različitih materijala i iskoristiti ih za izradu tranzistora ultra male snage, nove magnetske memorije i drugih uređaja s robusnim elektroničkim svojstvima.

Baza podataka

Nova studija motivirana je željom da se ubrza tradicionalna potraga za topološkim materijalima. Istraživači. su pregledali bazu podataka anorganskih kristalnih struktura (ICSD), veliko spremište u koje istraživači unose atomske i kemijske strukture kristalnih materijala koje su proučavali. Baza podataka uključuje materijale pronađene u prirodi, ali i one laboratorijski sintetizirane i obrađene. 

Istraživači su za svaku strukturu izveli skup proračuna i izradili kartu elektroničke strukture materijala. To im je uspjelo zahvaljujući više superračunala koja su iskoristili i za pregled različitih topoloških faza i postojanog električnog ponašanja u svakom kristalnom materijalu.

Tako je otkriven iznenađujuće velik broj prirodno topoloških materijala, kao i materijala kojima se može manipulirati svjetlosnim ili kemijskim dopingom. Otkriven je i pregršt materijala koji sadrže više od jednog topološkog stanja kad ih se izloži određenim uvjetima.