FLEET学校:拓扑材料雷竞技苹果版

雷竞技苹果版拓扑材料是一种新的“量子”类材料，正在研究其在下一代节能电子产品中的应用。

为什么研究人员对拓扑材料感到兴奋?雷竞技苹果版

拓扑绝缘体在其内部表现为电绝缘体，但它们会沿其边缘传导电流。它们可以在没有阻力的情况下传导电流，因此不会损失能量。我们今天使用的所有导体，如铜和金，都有一定的电阻。这意味着我们产生的大量能量被浪费了。当你使用笔记本电脑或手机时，你可以感受到热量的流失。

用于计算的能源约占全球能源消耗的10%，而且这一消耗速度每十年翻一番。因此，包括FLEET在内的世界各地的研究小组正在投入巨大的努力，以了解拓扑绝缘体在低能电子产品中的潜在用途。

考虑到用于计算的能量约占我们全球能源消耗的10%，这一数字每十年就会翻一番，通过开发计算机等低能电子产品来帮助减少能量损失的技术意味着拓扑绝缘体已成为世界范围内严肃研究的焦点。事实上，这是FLEET的核心研究主题之一。

雷竞技苹果版晶体管中的拓扑材料

晶体管是一个很小的开/关开关，它与计算机芯片上数十亿个其他晶体管放在一起。它们一起就是计算机的大脑，也就是说，它们负责计算机所做的所有计算。今天的晶体管依靠硅作为半导体材料，但如果我们要减少计算机的能源消耗，那么我们就需要构造和使用一种新的材料，这种材料可以在没有能量损失的情况下导电。

FLEET负责人Michael Fuhrer教授说:“我们预计拓扑晶体管可以取代传统的半导体晶体管，并且在相同尺寸的晶体管上消耗更少的能量。¹

抵抗是徒劳的

电阻是材料阻碍电子流动的一种特性。正是电阻使绝缘体成为电流的不良导体，材料的电阻越大，使电子流过该材料所需的能量就越多。然而，即使是最好的导体也有某种程度的电阻。

电阻可能来自电子与材料中其他原子的相互作用，电子的能量在从每个原子反弹时转化为动能，然后变成热量和能量从系统中损失。参见图1。此外，电子与原子的键的强度因原子的不同而不同(也就是说，不同的材料)。更强的键需要更多的能量让电子打破电子自由，变得可移动，在电路中移动并产生电流。化学键越强，阻力越大。

这就是拓扑绝缘体有趣的地方。在普通导体中，电子在材料内部流动，因此会遇到很大的电阻。由于拓扑绝缘体只在其边缘周围导电，电子避免与其他原子相互作用，并以零或几乎为零的电阻传导，因此能量损失最小。

图1。当电子穿过材料时与原子相互作用时，就会产生电阻。电子以热的形式损失了一部分能量。

扩展思维:拓扑学

拓扑学是数学的一个分支，它探索与变形无关的形状的本质。或者更简单地说是形状和洞的数学。也就是说，如果两个物体或形状可以通过弯曲、扭曲、拉伸或收缩从一个变形成另一个，那么它们就被认为是相同的。然而，变形不包括撕裂物体，粘上其他部分，或戳出新的洞。

拓扑学中一个著名的例子是杯子和甜甜圈在连续变形下的相似性。拓扑学家认为杯子和甜甜圈是一回事。参见图2。在拓扑结构上，杯子和甜甜圈属于同一类，用它们身上的一个孔来表示。由于没有半孔，也没有孔的任何部分，我们只需要用整数来区分不同类型的形式。

对于FLEET来说，拓扑的有趣之处在于材料的某些性质(即其拓扑顺序)在变形前后保持不变。在拓扑绝缘体的情况下，保持不变的性质是它们的绝缘和导电性质。