普林斯顿大学的研究人员发现,拓扑绝缘体,形成的元素铋和溴,显示专业量子行为通常只发现在极端实验设置,如高压力和温度接近绝对零度。
这一发现提供了新的开发高效的量子技术前景,spin-based电子等有可能超过许多电子系统的能源效率。
拓扑绝缘体的基本设备元素被用来研究量子拓扑的秘密。这个设备的内部函数作为绝缘体,阻止电子自由旅行,进行电力。
另一方面,设备的边缘有自由电子,这表明它们是导电的。此外,由于独特的拓扑性质,电子旅行沿着边缘不受任何故障或变形的影响。
“然而,直到现在,一个主要障碍寻求使用的材料和设备的应用程序功能的设备。拓扑材料有很多兴趣,人们经常谈论他们的实际应用潜力巨大。不过,这些应用程序可能仍然未实现之前,一些宏观量子拓扑效应可以在室温下,“m . Zahid哈桑说,尤金·希金斯普林斯顿大学物理学教授,他领导了这项研究。
这是相关的现象被称为“热噪声”,这是一个温度飙升导致原子震动很大。这可以崩溃倾覆的量子系统的量子态。
这可以避免对测试温度低,通常在或接近绝对零度。在很低的温度下,原子和亚原子粒子停止振动,使它们更容易控制。不幸的是,建立和维护一个超低温环境并不适合许多应用程序。
在这一领域的科学家们设计了一个新颖的解决这一挑战。他们制造了一个新的拓扑绝缘体的溴化铋(化学公式-Bi4Br4)。它有时是一种无机晶体化合物用于水处理和化学分析。
哈桑和他的同事查看了溴化铋的化学物质。他们发现,溴化铋绝缘子的属性,这些属性使它更有吸引力比之前基于bismuth-antimony拓扑绝缘体(Bi-Sb合金)。
它有一个重要的绝缘间隙超过200伏(“毫电子伏特”)。这是大到足以克服热噪声虽然足够小,不要干扰自旋轨道耦合效应和乐队反演拓扑。
“在这种情况下,在我们的实验中,我们发现旋轨道耦合之间的平衡效果和较大的带隙宽度。我们发现一个“甜蜜点”,你可以有一个相对较大的旋轨道耦合创建拓扑变化,提高带隙不破坏它。这就像一个平衡点bismuth-based材料我们已经学习了很长时间,”哈桑说。
见证一个研究人员验证他们的发现量子自旋霍尔边缘状态,这些拓扑系统特有的特征。研究人员称,这一发现将是重要的量子自旋电子学等技术进一步发展,一个新兴的学科,将数据存储在电子自旋以更高的效率比现有的电子产品。
“这是很棒的,我们发现他们没有巨大的压力或是一个超高磁场,从而使开发新一代量子技术的材料更容易,”娜娜Shumiya说co-first研究》一书的作者。爱游戏ayx体育“我相信我们的发现将大大推进量子边境。”
该研究发表在《华尔街日报》自然材料。
来源:普林斯顿大学
