蓋世汽車訊 基于自旋電子學(xué)的物理系統(tǒng)未來可能取代一眾電子系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)這一突破性飛躍，將電子限制在一維空間的材料組件備受關(guān)注。據(jù)外媒報道，研究人員首次以特殊的鉍基晶體的形式創(chuàng)造了一種材料，這種晶體被稱為高階拓?fù)浣^緣體。
圖片來源：東京大學(xué)）
為了開發(fā)自旋電子器件，需要設(shè)計新材料，以利用生活中尚未發(fā)現(xiàn)的量子行為。你可能很熟悉導(dǎo)體和絕緣體，它們分別傳導(dǎo)或限制電子流動。半導(dǎo)體也很常見，它們通常是絕緣的，但在某些情況下會導(dǎo)電，由此成為理想的微型開關(guān)。
在自旋電子學(xué)應(yīng)用中，需要使用一種名為拓?fù)浣^緣體的新型電子材料。與其他三種材料不同，這種材料整體絕緣，只沿表面導(dǎo)電。它并不傳導(dǎo)電子流，而是電子的自旋或角動量。眾所周知，這種自旋電流可能成為打開新世界的鑰匙，用于制造超高速和低功耗設(shè)備。
然而，拓?fù)浣^緣體的性能并不是完全一致，比如強(qiáng)弱之分，當(dāng)然也存在一些缺點(diǎn)。比如，在沿著整個表面?zhèn)鲗?dǎo)自旋時，參與電子往往會發(fā)生散射，從而削弱其傳遞自旋電流的能力。最近，東京大學(xué)固態(tài)物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)首次研制出一種高階拓?fù)浣^緣體。這是第三種拓?fù)浣^緣體，自2017年已出現(xiàn)相關(guān)理論。Takeshi Kondo教授表示：“我們用鉍元素制造了一種高階拓?fù)浣^緣體，可以只沿著拐角邊緣傳導(dǎo)自旋電流，基本呈一維線。由于自旋電流是一維的，而非二維，所以電子不會散射，使其保持穩(wěn)定。
為了開發(fā)這種三維晶體，Kondo及其團(tuán)隊(duì)以某種方式將單原子厚度二維晶體片堆疊在一起。無論強(qiáng)或弱拓?fù)浣^緣體，堆疊晶片均沿相同方向排列。然而，為了構(gòu)建高階拓?fù)浣^緣體，晶片的方向交替出現(xiàn)，如同正反面相對的撲克牌。這種微妙的排列變化，使所開發(fā)出的三維晶體發(fā)生巨大變化。
堆疊晶片通過名為范德華力（van der Waals force）的量子力聚在一起。這是罕見的量子現(xiàn)象之一，在晶體中將各層粘合在一起。在一定程度上，可以解釋粉末材料為何聚集在一起，并以其方式流動。Kondo表示：“拓?fù)湫再|(zhì)的出現(xiàn)和消失，僅僅取決于二維原子片的堆疊方式，這一點(diǎn)發(fā)現(xiàn)讓人感到興奮。這讓材料設(shè)計更加自由，將帶來新的想法，如快速高效的自旋電子器件等應(yīng)用?！?/p>
