新型光子材料,支持更快的信息处理
文|陈根
拓扑绝缘体是一类非常特殊的绝缘体,自2007年被发现以来,其逐渐成为了凝聚态物理领域的一个的新热点,并被认为是继石墨烯之后的“Next Big Thing”。其特殊性是由能带结构的特殊拓扑性质所决定的。
从理论上说,这类材料的体内的能带结构是典型的绝缘体类型,在费米能处存在着能隙,然而在该类材料的表面则总是存在着穿越能隙的狄拉克型的电子态,因而导致其表面总是金属性的。
也正是这个性质,使得在拓扑绝缘体的外边界上,电或(在某些情况下)光很容易绕过角落和缺陷,并且几乎没有损失。基于该特性,为了防止今天越来越精密的电路所遇到的过热问题,拓扑绝缘体可以被纳入电路设计中,以便在不产生热量的情况下将更多的处理能力装入特定区域。
近日,中佛罗里达大学的研究人员开发了一种新的拓扑材料,该材料采用了独特的链状蜂巢晶格结构,克服了当代拓扑设计的缺点,能够通过最小化功率损失,支持更快的信息处理。
具体来说,研究人员用激光在一块二氧化硅上蚀刻了这种相连的蜂窝状图案,从而使研究人员能够在不弯曲或拉伸光子线的情况下调节电流。这样能够在电路中引导光的流动,从而实现引导信息的需要。
另外,由双态拓扑绝缘体引入的新设计方法可提升传统的调制技术,使基于光的计算技术离现实更近一步。拓扑绝缘体基于它们的特性,也可以用来保护和驾驭脆弱的量子信息比特,从而使处理能力比今天的传统计算机快上亿倍。
值得一提的是,氢调节可能有助于产生新型拓扑超导体。因为许多超导体可以在其表面产生神秘的粒子,称为马约拉纳费米子(MajoranaFermions),这是一种长期理论化的粒子,是它们自己的反粒子。量子位通常是脆弱的,但拓扑超导体的马约拉纳费米子可以证明在拓扑上防止干扰。
目前,相关研究结果已经发表在《自然-材料》杂志上。
原文标题:陈根:研究开发,新型光子材料
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