弱拓撲絕緣體有力推動電子產品的發展

材料牛注：德州大學達拉斯分校的張教授發明了一種制造弱拓撲絕緣體的方法，弱拓撲絕緣體的立方體只有四個面是導電的，其頂面和底面是絕緣的。由弱拓撲絕緣體制造的晶體管將會推動計算機產品的發展，同時弱拓撲絕緣體使量子計算機成為可能。

科學家們正在研究一種拓撲絕緣體，其表面和內部的電性質恰恰相反。

德州大學達拉斯分校的物理助教張教授指出：“這些材料由表及里都是由一種物質制成，但是其內部是一種絕緣體不導電，而表面卻像金屬一樣有自由移動的電子，卻又比金屬導電性更強”。

有拓撲絕緣體分為兩種：強拓撲絕緣體和弱拓撲絕緣體。兩者的差別不大，涉及復雜的物理過程，但這兩種拓撲絕緣體又極為重要。張教授進一步指出：“強拓撲絕緣體的立方體，其六個面均可導電；而弱拓撲絕緣體只有四個面是導電的，其頂面和底面是絕緣的”。

剛研究拓撲絕緣體不久，他們就在理論上提出了強拓撲絕緣體。張教授說，這兩種拓撲絕緣體在本質上是相似的，已經通過實驗證實了強拓撲絕緣體有幾十種變化。

另一方面，弱拓撲絕緣體很難制造。科學家們嘗試了各種各樣的方法制造弱拓撲絕緣體，但由于其特殊的性質，沒有科學家敢拍著胸脯說：“我制出了弱拓撲絕緣體”。

張教授發明一種新的方法來制造弱拓撲絕緣體，其需要將鉍與碘或溴結合成晶體。其成果已經發表在《 Physical Review Letters》上。

在上個世紀七十年代，德國科學家造出鉍碘化物和鉍溴化物，但他們不知道它們成為弱拓撲絕緣體的材料。

張教授解釋道：“我們提出的這種性質的材料為研究具有相當簡單化學的奇異物理現象提供了平臺”。

導電材料是傳統晶體管的基本構造，包括手機和電腦的電力電子設備。研究員們不斷提出有關創新物理和創新材料的新的理論和實驗，目的是想創建新的晶體管像技術、運行設備，使計算機更強大。

隨著這些奇異電氣性能的發展，拓撲絕緣體提供了一個潛在的選擇。張教授說：“隨著時間的推移和電子設備的發展，導電材料將會改變我們的生活，當前我們需要對晶體管進行改革。拓撲領域在影響著晶體管，晶體管可能會由一種弱拓撲絕緣體制成”。

張教授的研究可能會推動計算機在根本上的重新設計。張教授解釋說：“這些基本的計算規模現在非常有限，許多應用像天氣預報、信息編碼與解碼，如今的電腦處理速度太慢，然而已經提出量子計算機，利用量子物理的原理來計算，比其計算速度遠超現在的計算機。弱拓撲絕緣體會使量子計算機成為可能。他下一步將是對材料的特點，探索一種特殊性質的弱拓撲絕緣體，可以應用在基礎物理和生活中。”

論文地址：Weak Topological Insulators and Composite Weyl Semimetals: β?Bi4X4 (X=Br, I)

原文參考地址：‘Weak’ Materials Offer Strong Possibilities for Electronics

感謝材料人編輯部黃語嫣提供素材。