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陳根：新拓撲材料，采用鏈狀蜂巢晶格結構

 陳根談科技 2022-06-20 發(fā)布于陜西

文|陳根

拓撲絕緣體是一類非常特殊的絕緣體，自2007年被發(fā)現以來，其逐漸成為了凝聚態(tài)物理領域的一個的新熱點，并被認為是繼石墨烯之后的“Next Big Thing”。其特殊性是由能帶結構的特殊拓撲性質所決定的。
從理論上說，這類材料的體內的能帶結構是典型的絕緣體類型，在費米能處存在著能隙，然而在該類材料的表面則總是存在著穿越能隙的狄拉克型的電子態(tài)，因而導致其表面總是金屬性的。

圖片

也正是這個性質，使得在拓撲絕緣體的外邊界上，電或（在某些情況下）光很容易繞過角落和缺陷，并且?guī)缀鯖]有損失。基于該特性，為了防止今天越來越精密的電路所遇到的過熱問題，拓撲絕緣體可以被納入電路設計中，以便在不產生熱量的情況下將更多的處理能力裝入特定區(qū)域。
近日，中佛羅里達大學的研究人員開發(fā)了一種新的拓撲材料，該材料采用了獨特的鏈狀蜂巢晶格結構，克服了當代拓撲設計的缺點，能夠通過最小化功率損失，支持更快的信息處理。
具體來說，研究人員用激光在一塊二氧化硅上蝕刻了這種相連的蜂窩狀圖案，從而使研究人員能夠在不彎曲或拉伸光子線的情況下調節(jié)電流。這樣能夠在電路中引導光的流動，從而實現引導信息的需要。
另外，由雙態(tài)拓撲絕緣體引入的新設計方法可提升傳統(tǒng)的調制技術，使基于光的計算技術離現實更近一步。拓撲絕緣體基于它們的特性，也可以用來保護和駕馭脆弱的量子信息比特，從而使處理能力比今天的傳統(tǒng)計算機快上億倍。
值得一提的是，氫調節(jié)可能有助于產生新型拓撲超導體。因為許多超導體可以在其表面產生神秘的粒子，稱為馬約拉納費米子（MajoranaFermions），這是一種長期理論化的粒子，是它們自己的反粒子。量子位通常是脆弱的，但拓撲超導體的馬約拉納費米子可以證明在拓撲上防止干擾。
目前，相關研究結果已經發(fā)表在《自然-材料》雜志上。

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