电子在边缘:Atomically-thin量子自旋霍尔材料

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  南洋弯曲韦伯博士(左)和助理教授Michael s .洛奇在量子自旋霍尔实验室。图片来源:spm通信、理学院、南大新加坡。

  异国的拓扑量子材料已经被一个国际研究小组回顾了物理学家,由南洋理工大学/弯曲韦伯教授(南大-新加坡)。

• Atomically-thin量子自旋霍尔绝缘体,保护电子态的拓扑结构,保证在量子信息处理中的应用。

量子自旋霍尔绝缘体一类二维(2 d)拓扑电绝缘物质的状态,在他们的内部,但不同于半导体,携带一双一维(1 d)金属,这是严格局限于他们的边缘。

特定于这些“前卫”1 d电子是物理学家称之为螺旋:也就是说,传导电子的旋转方向是一致的,与电子沿着1 d边缘,类似于一对自旋极化的一维线。这些螺旋属性为电子和自旋电子学问题提供可能的解决方案,以及量子电子设备。

就像一张纸保持双方即使皱巴巴的,金属边缘的物理性质的量子自旋霍尔绝缘子对扰动非常稳定——他们受拓扑保护。

首先从理论上预测20年前,这异国,拓扑物态第一次意识到在精心设计,分层半导体异质结构。

最近,类atomically-thin晶体出现,类似于著名的石墨烯,这主机电子态物质的固有特性。

在他们的文章中先进材料2021年4月(下面的链接),该团队材料工程的研究进展与理论描述、测量有前途的图书馆atomically-thin量子自旋霍尔绝缘体与视图在经典和量子电子设备应用程序。

例如,异国情调的边缘状态的温度范围可以与这些晶体的性质,利用尺度的耦合强度等电子的自旋轨道动力。

而半导体量子自旋霍尔heterostructure-based绝缘体只有特点是在液氦温度下(T< 4.2 K),最新进展atomically-thin晶体发展的保留其量子自旋霍尔属性100 K,承诺今后室温示威。

量子自旋霍尔绝缘体可以用于新型电子产品,消耗更少的能量,但这需要室温操作,以避免昂贵的(和耗电)冷却。

在极端的低温超导可以诱导,量子计算应用程序特别有前途的预测。超导时,1 d边缘国家已经预测到主机一种奇异的准粒子称为“马约喇纳费米子”,这是费米子和玻色子。实际上,这些任何ons充当自己的反粒子和服从外来非阿贝尔准粒子统计让他们兴奋的候选人作为量子信息的载体。

实际上,由于他们的拓扑抵御外部干扰,这些奇异的费米子预测提供一个潜在的解决方案的一个常见问题的量子计算,这是保持长时间相干性——即的时间尺度量子信息存储和处理。

Majorana-based拓扑量子计算往往被视为最具挑战性的物理问题之一。它已经收到了巨大的媒体的关注和监督,特别是最近,强调持续的替代材料研究的重要性和设备平台拓扑量子计算的实现。

这项研究

这篇论文,自动薄量子自旋霍尔绝缘体(迈克尔·s·洛奇生源a .杨Shantanu穆克吉,韦伯和弯曲)发表在先进材料2021年4月。

这项研究是支持的国家研究基金会(NRF)(竞争研究项目和奖学金)和新加坡新加坡教育部(学术研究基金)。

通讯作者/弯曲韦伯教授(南洋理工大学、新加坡)是一个舰队副研究员,专门设计、制造和测量分子量子电子设备,与扫描隧道显微镜的。

更多的信息

• 联系一个弯曲的韦伯教授/b.weber@ntu.edu.sg
• 访问的韦伯在南大实验室
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