【新的三維拓撲絕緣體是最完美不過】

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【新的三維拓撲絕緣體是最完美不過】

切削刃： 三維拓撲絕緣體是最好不過

美國的研究人員說他們已到目前為止最好的三維拓撲絕緣體。

這種材料被稱為碲鉍銻硒化 (BiSbTeSe2)，可用於測試大量的凝聚態物質和粒子物理理論的根本重要性。

這種材料也可以找到在自旋電子學器件的使用和用於生成魯棒的拓撲量子比特 （量子比特) 的量子電腦。

拓撲絕緣體都是散裝的電氣絕緣體的材料，但他們通過特別的表面電子態的表面上是可以導電。

大多數的拓撲絕緣體，到目前為止有不被完全絕緣散裝，由於雜質 （無意中在材料的合成或加工過程中引入） 摻雜的體積，使它進行，解釋 Yong 陳普渡大學領導這項研究。

我們拓撲絕緣體出現不進行根本的散裝但並因此，只有在它的表面。

研究者研究出這通過測量如何薄片的 BiSbTeSe2的各種厚度進行電力。

他們發現不同的樣品的電導率是幾乎獨立于其厚度。

這種行為是完全不同的在正常的 3D 材料中看到的電導是樣品厚度成正比。

房間溫度的影響

陳解釋說我們的結果是符合散裝 BiSbTeSe2只正在在其表面的圖片。

這就像你是保持切割和更小的厚度減少材料和奇怪的永遠不會發現的電導率，大的變化。

這是因為每次你創建一個新的表面，你會得到相同的傳導。

事實上，研究人員觀察此拓撲的表面傳導，甚至在室溫下樣品小於大約 100 毫微米 — — 可能會導致實際的應用程式的屬性。

這還不是全部： 陳和同事們也發現證據明確界定的"半整數"量子霍爾效應 （QHE），在哪裡他們薄板坯的頂部和底部表面樣品每個貢獻量子電導半整數單元 （e2/h）、 e是電子的電荷，而h是普朗克常數。

這兩個半整數單元組成測量霍爾電導高原 — — 量化在整數單位的e2/h。

這種半整數使小花招是拓撲的表面態電荷載流子，是的事實上，自旋極化 ' 無品質的狄拉克費米子的另一個獨特簽名。

這些無品質的狄拉克費米子是類似于存在於石墨 — — 碳原子一個原子厚片 — — 無品質狄拉克費米子和給其異常龐大的電導率的這種材料。

石墨烯，電荷載流子自旋極化並不存在於四種退化狀態，而在拓撲絕緣體表面上只有一個國家 — — 最簡單的或"石墨烯 1/4"狀態。

高磁場

研究人員觀察了之間幾十到幾百納米厚，在低溫溫度低於 30 K 和應用的高磁場垂直于樣品的頂部和底部表面的 BiSbTeSe2片 QHE。

陳表示，"對於我們的實驗這部分，我們用一個強大的磁鐵 （在那裡我們可以得到達 33 T） 在佛羅里達州達拉哈西市國家高磁場實驗室"。

在一起，這些結果表明，BiSbTeSe2是"完美"的拓撲絕緣體的行為只是如何理論說它應該。

因此，它可以是一個優秀的材料平臺，在其中進行查找的奇特的物理學現象，預計將在拓撲絕緣體中存在的。

一種現象涉及到集體激發 — — 或粒子 — — 類似于 Marjorana 費米子。

早在 1937 年預測由義大利物理學家艾托裡 • 馬約拉納，馬約拉納費米子電荷為零，是它自己的反粒子。

雖然馬約拉納費米子永遠不會被視為自由粒子，還有一些證據表明，馬約拉納狀粒子可以存在於普通的導體和拓撲絕緣體之間的介面。

如果馬約拉納粒子可以可靠地創建，它們可以用於使"拓撲量子比特"。

不同于傳統的量子比特，這種拓撲量子比特將對被破壞環境雜訊免疫和可能因此形成的容錯量子電腦的基礎。

自旋電子學和"拓撲電子學"

另一種應用前景為 BiSbTeSe2是使用了自旋極化電荷載流子的打造的自旋電子設備。

這是一種相對較新的技術，力求運用電子自旋來創建更小、 速度更快、 更節能，比傳統的電子的設備。

另一種可能的應用是"拓撲電子學"，將會涉及到在材料中創建有效的磁單極子。

這可以通過開發一種不尋常的電磁 （不同于常規麥克斯韋方程所描述），預計這種三維拓撲絕緣體的形式。

團隊，其中包括物理學家從普渡大學、 普林斯頓大學和德克薩斯大學 Austin，報告在自然物理工作.

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