信息技术拓扑材料提供无损的信号传输

时间:2019-12-22 18:15 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

信息技术拓扑材料提供无损的信号传输

TEM图像显示了掺杂了锰的Bi2Te3的上层结构:在原来的5原子层厚单元(QL)之间,新的7原子层单元是由锰占据中心层的自组织形成的。资料来源:G. Springholz/Uni Linz

在BESSY II进行的新型磁掺杂拓扑绝缘体实验揭示了一种可能的无损信号传输方法,这种方法涉及到一种令人惊讶的自组织现象。在未来,有可能开发出在室温下具有这些特性的材料,这些材料可以用作量子计算的处理单元。这项研究发表在《自然》杂志上

自然

.

固体物理学中的新效应通常是在接近绝对零度(0开尔文或-273℃)时首次发现的。进一步的研究可以确定这些现象是否可以在室内诱发以及如何诱发

温度

也超导电性最初是在100多年前的4开尔文以下的水银中发现的。今天,有很多

高温超导体

在高达138开尔文甚至200开尔文(H2S的记录)的温度下传导电流而没有电阻损耗。

2013年首次在50毫克文以下的磁掺杂拓扑绝缘体中观测到量子反常霍尔效应(QAHE)。与超导类似,这种效应允许无损电荷在样品的薄边通道中传输。与此同时,研究人员已经把能观察到这种效应的最高温度提高到1开尔文左右。

然而,根据理论考虑,QAHE应该在更高的温度下发生。所以这为什么没有发生是一个谜。其中一个关键参数是样品的磁能隙,以前从未测量过。间隙越大,对温度的影响越稳定。

由HZB物理学家Oliver Rader教授和Linz大学的Gunther Springholz教授领导的国际团队取得了突破。通过

光电子能谱

利用BESSY II的同步辐射,他们首次能够测量这样一个样品的能量缺口。为了达到这个目的,arpes1立方体被用来达到极低的温度;研究人员使用了位于BESSY II的俄德实验室的新型自旋分辨能力。令人惊讶的是,这一差距实际上是理论预测的五倍。

科学家们还发现了这个结果的一个简单原因:“我们现在知道,锰掺杂不会以无序的方式发生。相反,它会导致物质层的上层结构,就像松饼一样。”Springholz解释道。通过添加百分之几的锰,形成了七层和五层的交替单位。这使得锰优先包含在7层单元中,因此可以更有效地产生能量缺口。”

雷德回忆说,研究人员在使用掺杂剂方面的想象力还没有扩展到目前为止。他们用具有磁性的三价元素如铬和钒来代替碲化铋中的铋

2

3

,掺杂原子处于无序状态。原因似乎很有说服力:三价磁性元素贡献三个电子

化学键

它们的化合价把这些元素带到了铋的位置。

锰的情况则不同。由于锰是二价的,它在铋的位置上并不合适。很明显,这就是为什么这个系统被彻底地改造了,并创造了一个新的双原子层,其中锰可以以双价结合。这样,一个结构就以一种自我组织的方式被创造出来

可以产生巨大的磁能隙。

根据Springholz的说法,如果这些自组织现象以特定的方式被利用,那么磁性拓扑材料就会出现全新的构型。原则上,现在已经测量到的差距已经如此之大,它应该能够构建一个“近”

室温

来自合适的组件。但是,其他参数仍然需要改进。像这样的磁性拓扑绝缘体与普通超导体结合也可以实现量子计算机的量子处理单元(Qbit)。

更多信息:

自然

DOI: 10.1038 / s41586 - 019 - 1826 - 7

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