作者:Forschungszentrum Juelich
用四尖扫描隧道显微镜测量
信用:Forschungszentrum jülich/Vasily Cherepanov Forschungszentrum Jülich的物理学家朝着实现新型电子元件迈出了重要的一步
使用特殊的四尖扫描隧道显微镜，他们第一次能够直接测量超薄拓扑绝缘体中存在的特殊电特性
这些性质源于电子自旋与电流方向相耦合的事实，并且能够实现拓扑量子计算机
退相干量子比特，简称量子比特，是构建实际可用的量子计算机的主要障碍之一
所谓的拓扑量子计算机被认为是解决这个问题的一种优雅而有前途的方法
通过选择某些材料，这种计算机中的敏感量子信息特别好地防止了错误
然而，这个概念到目前为止基本上只存在于纸面上
寻找具有适当性质的材料体系的工作仍在全面展开
实现拓扑量子计算机的一种方法是基于拓扑绝缘体的使用，拓扑绝缘体是一类具有特殊性质的新材料:它们在内部表现得像绝缘体，即
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他们在那里不导电
然而，它们的表面是导电的，电流的方向与电荷载流子的自旋严格耦合
量子计算机和自旋电子学材料 一个特殊的例子是几年前发现的三维拓扑绝缘体
如果把它们想象成一个立方体，它们的六个面都是导电的
然而，当拓扑绝缘体立方体变得越来越薄时，相对表面上的电导率会降低，正如位于尤里克的彼得·格伦伯格量子纳米科学研究所的研究人员现在能够证明的那样
最后留下的是一个只有几纳米厚的薄层，有四个导电边缘，电流继续以自旋方向流动
由于它们的特殊性质，这种超薄的拓扑绝缘体是自旋电子学应用的有趣材料——也就是说，用于开发利用电子自旋来处理和存储信息的组件和器件
与超导体相结合，它们有望实现更进一步的、甚至更奇特的效应，可以用于拓扑量子计算机
用“纳米万用表”进行实验 为了进行测量，研究人员使用了带有四个尖端的特殊扫描隧道显微镜
该仪器是在Forschungszentrum Jülich开发的，使得在极高纯度条件下对极小的结构进行电测量成为可能
研究人员还使用了一种新方法，使得测量头的定位更加精确，精确度只有几纳米
使用“纳米万用表”，研究人员第一次能够证明薄膜的纳米电学特性与理论预测的一样
这一观察对于更深入地理解拓扑绝缘体是重要的，对于它们向潜在应用的进一步发展也是至关重要的
这项研究发表在《先进量子技术》杂志上
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