拓撲絕緣體中首次產生激子

  ICC訊 德國維爾茨堡—德累斯頓卓越集群ct-qmat合作團隊在量子研究方面取得突破，他們首次在拓撲絕緣體中探測到激子（電中性準粒子）。這一發(fā)現(xiàn)歸功于拓撲絕緣子發(fā)源地維爾茨堡的智能材料設計，為新一代光驅動計算機芯片和量子技術鋪平了道路。研究發(fā)表在最近的《自然·通訊》雜志上。

  拓撲絕緣體能實現(xiàn)電流的無損傳導和強大的信息存儲，有望成為未來量子技術新材料的候選。以前使用拓撲絕緣子的概念是基于施加電壓來控制電流，這是從傳統(tǒng)計算機芯片采用的一種方法。然而，如果某種奇異材料是基于電中性粒子（既不帶正電荷也不帶負電荷），那么電壓就不再起作用。因此，如果要產生這種量子現(xiàn)象，就需要其他工具，例如光。

  研究人員之前使用的材料是鉍烯，鉍烯的重原子使其成為拓撲絕緣體，可沿邊緣無損導電。現(xiàn)在，研究團隊首次在拓撲絕緣體中產生了激子。

  量子物理學家拉爾夫·克萊森教授說：“我們第一次在拓撲絕緣體中產生并實驗檢測被稱為激子的準粒子。因此，我們創(chuàng)造了一種新的固態(tài)物理工具包，可用光學控制電子。這一原理可能成為一種新型電子元件的基礎?！?

  激子是一種只有在某些類型的量子物質中才能產生的激發(fā)電子態(tài)?！拔覀兺ㄟ^在只有一層原子的薄膜上施加短光脈沖來產生激子?！笨巳R森解釋說，其不同尋常之處在于，激子在拓撲絕緣體中被激活。這為拓撲絕緣體開辟了一條全新的研究路線。

  近10年來，人們一直在研究其他二維半導體中的激子，并將其作為光驅動元件的信息載體。克萊森說：“光和激子之間的相互作用意味著我們可以在這類材料中看到新的現(xiàn)象。例如，這一原理可用來產生量子比特?！?

  量子比特是量子芯片的計算單位。使用光而不是電壓可使量子芯片的處理速度快得多。因此，最新發(fā)現(xiàn)為開發(fā)未來的量子技術和微電子領域的新一代光驅動打造設備鋪平了道路。

  總編輯圈點

  單層鉍烯經過復雜材料設計，能成為拓撲絕緣體，可在室溫下無損導電，這是現(xiàn)階段石墨烯都無法做到的?，F(xiàn)在，科學家在拓撲絕緣體中產生了激子，將人們的注意力也轉向了準粒子本身。那么，鉍烯的拓撲性質能否轉移到激子上？如果能科學地證明這一點，將是下一個里程碑式突破，甚至可以為我們構建出拓撲量子比特。