弱拓扑绝缘体有力推动电子产品的发展

材料牛注：德州大学达拉斯分校的张教授发明了一种制造弱拓扑绝缘体的方法，弱拓扑绝缘体的立方体只有四个面是导电的，其顶面和底面是绝缘的。由弱拓扑绝缘体制造的晶体管将会推动计算机产品的发展，同时弱拓扑绝缘体使量子计算机成为可能。

科学家们正在研究一种拓扑绝缘体，其表面和内部的电性质恰恰相反。

德州大学达拉斯分校的物理助教张教授指出：“这些材料由表及里都是由一种物质制成，但是其内部是一种绝缘体不导电，而表面却像金属一样有自由移动的电子，却又比金属导电性更强”。

有拓扑绝缘体分为两种：强拓扑绝缘体和弱拓扑绝缘体。两者的差别不大，涉及复杂的物理过程，但这两种拓扑绝缘体又极为重要。张教授进一步指出：“强拓扑绝缘体的立方体，其六个面均可导电；而弱拓扑绝缘体只有四个面是导电的，其顶面和底面是绝缘的”。

刚研究拓扑绝缘体不久，他们就在理论上提出了强拓扑绝缘体。张教授说，这两种拓扑绝缘体在本质上是相似的，已经通过实验证实了强拓扑绝缘体有几十种变化。

另一方面，弱拓扑绝缘体很难制造。科学家们尝试了各种各样的方法制造弱拓扑绝缘体，但由于其特殊的性质，没有科学家敢拍着胸脯说：“我制出了弱拓扑绝缘体”。

张教授发明一种新的方法来制造弱拓扑绝缘体，其需要将铋与碘或溴结合成晶体。其成果已经发表在《 Physical Review Letters》上。

在上个世纪七十年代，德国科学家造出铋碘化物和铋溴化物，但他们不知道它们成为弱拓扑绝缘体的材料。

张教授解释道：“我们提出的这种性质的材料为研究具有相当简单化学的奇异物理现象提供了平台”。

导电材料是传统晶体管的基本构造，包括手机和电脑的电力电子设备。研究员们不断提出有关创新物理和创新材料的新的理论和实验，目的是想创建新的晶体管像技术、运行设备，使计算机更强大。

随着这些奇异电气性能的发展，拓扑绝缘体提供了一个潜在的选择。张教授说：“随着时间的推移和电子设备的发展，导电材料将会改变我们的生活，当前我们需要对晶体管进行改革。拓扑领域在影响着晶体管，晶体管可能会由一种弱拓扑绝缘体制成”。

张教授的研究可能会推动计算机在根本上的重新设计。张教授解释说：“这些基本的计算规模现在非常有限，许多应用像天气预报、信息编码与解码，如今的电脑处理速度太慢，然而已经提出量子计算机，利用量子物理的原理来计算，比其计算速度远超现在的计算机。弱拓扑绝缘体会使量子计算机成为可能。他下一步将是对材料的特点，探索一种特殊性质的弱拓扑绝缘体，可以应用在基础物理和生活中。”

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

原文参考地址：‘Weak’ Materials Offer Strong Possibilities for Electronics

感谢材料人编辑部黄语嫣提供素材。