东京大学 组分材料排列的细微变化会对散装材料产生比以前想象的更强的连锁效应
信用:2020近藤等 自旋电子学指的是一套有朝一日可能取代许多电子系统的物理系统
为了实现这一代人的飞跃，将电子限制在一个维度的材料组件受到高度追捧
研究人员首次以一种特殊的铋基晶体的形式创造了这种材料，这种晶体被称为高阶拓扑绝缘体
为了制造自旋电子器件，需要设计新材料，利用日常生活中没有的量子行为
你可能熟悉导体和绝缘体，它们分别允许和限制电子流
半导体很常见，但有些人不太熟悉；这些通常是绝缘的，但在某些情况下会导电，使它们成为理想的微型开关
对于自旋电子学的应用，需要一种新的电子材料，它被称为拓扑绝缘体
它与其他三种材料的不同之处在于，它的整个体积都是绝缘的，但仅沿其表面导电
它传导的不是电子流本身，而是它们的一种性质，即它们的自旋或角动量
众所周知，这种自旋流可以打开一个超高速和低功率设备的世界
然而，并不是所有的拓扑绝缘体都是相等的:两种，即所谓的强绝缘体和弱绝缘体，已经被创造出来，但是有一些缺点
当它们沿着整个表面进行自旋时，存在的电子趋向于散射，这削弱了它们传递自旋流的能力
但自2017年以来，第三种拓扑绝缘体被称为高阶拓扑绝缘体，并被理论化
现在，东京大学固体物理研究所的一个团队第一次创建了一个
“我们用铋元素创造了一种更高阶的拓扑绝缘体，”近藤武史副教授说
“它有一种新奇的能力，能够只沿着它的角边传导自旋流，基本上是一维的线
由于自旋电流被束缚在一维而不是二维，电子不会散射，因此自旋电流保持稳定
" 为了制造这种三维晶体，近藤和他的团队以某种方式堆叠了一个原子厚的二维晶体切片
对于强或弱的拓扑绝缘体，堆叠中的晶体片都以相同的方式定向，就像一副牌中面朝下的扑克牌
但是为了创建更高阶的拓扑绝缘体，切片的方向是交替的，在整个堆叠中，隐喻的扑克牌先朝上，然后朝下
这种细微的排列变化使得最终三维晶体的行为发生了巨大的变化
堆叠中的晶体层通过一种叫做范德华力的量子机械力结合在一起
这是你在日常生活中确实看到的罕见的量子现象之一，因为它是粉末材料聚集在一起并以它们的方式流动的部分原因
在晶体中，它将各层粘在一起
近藤说:“看到拓扑性质的出现和消失只取决于二维原子层的堆叠方式，这是令人兴奋的。”
“材料设计的这种自由度将带来新的想法，引领包括快速高效自旋电子器件在内的应用，以及我们尚未设想的事物
" 这项研究发表在《自然材料》杂志上
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