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        信息技術(shù)的拓撲材料可無損傳輸信號
        
			
        
				2019-12-19 10:51:58
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        在BESSY II上進行的磁摻雜拓撲絕緣子的新實驗表明，可能的無損信號傳輸方法涉及令人驚訝的自組織現(xiàn)象。將來，可能有可能在室溫下開發(fā)具有這種特性的材料，這些材料可以用作例如量子計算中的處理單元。該研究已發(fā)表在《自然》雜志上。
        

        信息技術(shù)的拓撲材料可無損傳輸信號
        

        固態(tài)物理學(xué)中的新效應(yīng)通常是在接近絕對零(0開爾文或-273°C)的溫度下首次發(fā)現(xiàn)的。然后，進一步的研究可以確定是否以及如何在室溫下誘發(fā)這些現(xiàn)象。100多年前，最初在低于4開爾文的汞中觀察到超導(dǎo)性。如今，有許多高溫超導(dǎo)體可以在高達138開爾文甚至200開爾文的溫度下傳導(dǎo)電流而不會產(chǎn)生電阻損耗(H2S的記錄)。
        

        2013年，在低于50毫基爾文的磁摻雜拓撲絕緣體中首次觀察到了量化異?；魻栃?yīng)(QAHE)。類似于超導(dǎo)性，這種效應(yīng)可在樣品的薄邊緣通道內(nèi)無損傳輸電荷。同時，研究人員將觀察到該效應(yīng)的最高溫度提高到大約1開爾文。
        

        但是，基于理論上的考慮，QAHE應(yīng)該在更高的溫度下發(fā)生。因此，為什么不發(fā)生這種情況是一個謎。一個關(guān)鍵參數(shù)稱為樣品的磁能隙，以前從未對其進行過測量。該間隙越大，作用對溫度的影響就越穩(wěn)定。
        

        由林茨大學(xué)的HZB物理學(xué)家Oliver Rader教授和Gunther Springholz教授領(lǐng)導(dǎo)的國際團隊取得了突破。通過具有BESSY II同步輻射的光電子能譜，他們首次能夠測量此類樣品中的能隙。為此，使用ARPES1cube達到極低的溫度。研究人員使用了位于BESSY II的俄羅斯-德國實驗室的新型自旋分辨能力。令人驚訝的是，這個差距實際上比理論上的預(yù)測大五倍。
        

        科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致這種結(jié)果的一個簡單原因：“我們現(xiàn)在知道錳摻雜不會以無序的方式發(fā)生。相反，它會導(dǎo)致分層，這種分層被稱為材料的上層結(jié)構(gòu)，層很像酥油，”斯普林霍爾茨。“通過添加百分之幾的錳，將形成七層和五層的交替單元。這將導(dǎo)致錳優(yōu)先包含在七層單元中，從而可以更有效地產(chǎn)生能隙。”
        

        拉德回顧說，迄今為止，研究人員在使用摻雜劑方面的想象力還遠遠不夠。他們使用具有磁性的三價元素(例如鉻和釩)替代碲化鉍(Bi 2 Te 3)中的鉍，且摻雜原子處于無序狀態(tài)。其原因似乎令人信服：三價磁性元素為化學(xué)鍵貢獻了三個電子，它們的化學(xué)價將這些元素帶到鉍位。
        

        對于錳，情況就不同了。由于錳是二價的，因此它不能很好地適合于鉍位。顯然，這就是為什么該系統(tǒng)發(fā)生自由基重組并產(chǎn)生一個新的雙層原子(其中錳可以雙價結(jié)合)的原因。“以這種方式，以自組織的方式創(chuàng)建了一種結(jié)構(gòu)，錳可以產(chǎn)生較大的磁能隙，”拉德解釋說。
        

        根據(jù)Springholz的說法，如果以特定方式利用這些自組織現(xiàn)象，那么磁拓撲材料的全新配置將會出現(xiàn)。原則上，現(xiàn)在已經(jīng)測量出的間隙已經(jīng)很大，應(yīng)該可以用合適的組件構(gòu)造出接近室溫的 QAHE。但是，其他參數(shù)仍然需要改進。這樣的磁性拓撲絕緣體與普通的超導(dǎo)體相結(jié)合，也可以實現(xiàn)用于量子計算機的量子處理單元(Qbit)。
        
			

			
          
        
			
        
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