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研究人首次在室溫下觀察到拓撲絕緣體中的奇異量子態(tài)  拓撲絕緣體是一種具有以獨特方式傳導電子的結(jié)構(gòu)的材料。該材料的大部分是絕緣體，完全阻止電子流過。然而，在其表面和邊緣的薄層是高度導電的，允許電子以高效率自由流動。鑒于這些奇怪的特性，拓撲絕緣體可以承載一些耐人尋味的量子態(tài)，對構(gòu)建未來的量子技術(shù)可能很有用。 但當然也有一個問題：大多數(shù)量子態(tài)是非常脆弱的，在面對干擾時就會崩潰。熱，或熱噪聲，是一個主要的觸發(fā)因素--當材料變暖時，其中的原子會以更高的能量振動，這就破壞了量子態(tài)。因此，大多數(shù)利用量子效應的實驗和技術(shù)需要在接近絕對零度的溫度下進行，在那里，原子的運動會直接減慢。但這反過來又使這些技術(shù)在更廣泛的使用中不切實際。 在新的研究中，普林斯頓大學的研究人員找到了一種解決方法，在室溫下觀察拓撲絕緣體的量子效應。他們選擇的材料是一種被稱為溴化鉍的無機晶體化合物。  這種材料被發(fā)現(xiàn)具有恰到好處的帶隙，這是一個絕緣的“屏障”，電子無法在其中存在某些能量水平。這個帶隙需要足夠?qū)挘苑乐篃嵩胍�，但又不能太寬，以免破壞電子的自�?軌道耦合效應，這對保持電子的穩(wěn)定至關(guān)重要。溴化鉍被發(fā)現(xiàn)有一個超過200毫電子伏特的帶隙，正好在室溫下保持量子狀態(tài)穩(wěn)定的“最佳位置”。 研究小組通過觀察所謂的量子自旋霍爾邊緣狀態(tài)證實了他們的發(fā)現(xiàn)，這是這些拓撲系統(tǒng)所特有的屬性。研究人員說，這一突破將有助于推動自旋電子學等量子技術(shù)的發(fā)展，自旋電子學是一個新興領(lǐng)域，它以比目前電子產(chǎn)品更高的效率將數(shù)據(jù)編碼在電子的自旋中。 “這實在是太可怕了，我們在沒有巨大壓力或超高磁場的情況下發(fā)現(xiàn)了它們，從而使這些材料更容易用于開發(fā)下一代量子技術(shù)，”該研究的共同第一作者Nana Shumiya說�！拔蚁嘈盼覀兊陌l(fā)現(xiàn)將大大推動量子前沿的發(fā)展。” 這項研究發(fā)表在《自然材料》雜志上。 |
