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新型拓扑绝缘材料的研究

阅读次数:151 发布日期:2018-06-19  文章链接:www.pettape.com/news/221.html

材料按照导电性质不同,可分为“导体”和“绝缘体”两大类。如果根据电子态的拓扑性质差别进一步细分,绝缘体又可以分为拓扑绝缘体与普通绝缘体。拓扑绝缘体的体内与人们通常认识的绝缘体一样,是绝缘的。然而,在其边界或表面,总是存在导电的边缘态,这是它区别于普通绝缘体的最独特性质。这样的导电边缘态,在保证一定对称性的前提下是稳定存在的,而且不同自旋的导电电子的运动方向是相反的。所以,信息的传递可以通过电子的自旋,而不像传统材料那样通过电荷来进行。
新成果:把铋金属沉积在硅上研制大能隙拓扑绝缘体。
2014年9月,美国犹他大学一个研究小组,在美国《国家科学院学报》上发表研究成果称,他们研制出一种新的拓扑绝缘体,它可作为硅半导体顶部金属层的特殊材料,将使超高速计算机在室温下执行快速运算成为可能。
这种新的拓扑绝缘体,其里面犹如绝缘体,而其外部可导电,为量子计算机和快速自旋电子元件铺平了道路。
量子计算机是一种遵循量子力学规律,进行高速数学和逻辑运算的装置,可同时进行上百万次的运算,而目前的普通计算机只能逐条计算,前者的运算速度比后者高出逾10万亿倍。它在大型数据中心、安全系统和加密等领域将有多种用途。
自旋电子学是利用电子自旋禀性,对电子进行操控的新技术。自旋电子器件,可以用于编码及在电子电路和计算机传输信息。
拓扑绝缘体于10年前被发现,它是一类有望使计算机加速的材料。科学家一直在试图创建一个大能隙的拓扑绝缘体,因为较大的能隙能够允许电子在材料表面导电,以使计算机能够在室温下操作时保持稳定。
据报道,该研究小组发现,把铋金属沉积在硅上,可能会形成更稳定的大能隙拓扑绝缘体。而且同样重要的是,这个过程成本低,并与目前广泛存在的普遍硅半导体制造技术很容易整合。研究人员说,可以把它放在硅里,与现有的半导体技术“联姻”。这是非常重要的,它使得更多的实验变得可行和切合实际。
由于铋层自动键合,但是电子从硅层电子隔离,它会创建一个大的能隙。研究人员说:“它就是曾经预测的最大能隙,将使以拓扑绝缘体为基础的设备或计算机,在室温应用成为可能。”


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