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拓撲絕緣體新材料可望實現節能自旋電子元件

上網時間: 2014年03月03日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:拓撲絕緣體  TI  電子  自旋電子  量子 

由不同國家的物理學家們所組成的研究團隊近日展示一種可控制拓撲絕緣體(TI)表面電子狀態的新方法,期望能在節能的自旋電子元件中開啟潛在應用前景。

包括英國約克大學(University of York)、美國威斯康辛大學(University of Wisconsin)以及西班牙加的斯大學(University of Cadiz)的物理學家們共同在約克大學奈米科技中心(JEOL Nanocentre)展開研究,深入探索這種超薄薄膜新材料──拓撲絕緣體的電子特性。

拓撲絕緣體新材料的表面可承載新的量子物質狀態,而且對於污染物、缺陷和雜質較不敏感。拓撲絕緣體的表面電子行為就像無質量狄拉克(Dirac)粒子以一種類似於石墨烯中的電子表現一樣。此外,拓撲絕緣體的表面電流還能保留自旋的方向與一致性。

「拓撲絕緣體的這些固有特性,以及磁性和鄰近超導體之間的相互作用,使拓撲絕緣體成為實現固態量子運算裝置的最佳平台,」約克大學物理系教授Vlado Lazarov解釋,「這種能夠控制拓撲絕緣體表面電子狀態的能力,在實現高能效的電子元件時,是相當關鍵的一個步驟。經由這項研究顯示,我們已經能利用這種應力調整出所需的電子特性了。」

利用威斯康辛大學的掃描穿隧顯微鏡,以及約克大學JEOL Nanocentre的像差校正穿透式電子顯微鏡,研究人員們的研究顯示這種位伸應力足以升降拓撲順序,從而壓縮可能改變Dirac能量的應力。

威斯康辛大學教授Lian Li說,「利用這些先進的顯微鏡,我們檢視了 Bi2Se3 (0001) 薄膜的低角度傾斜晶界,發現他們是由交替的邊緣錯位對陣列所組成的。」沿著晶片邊界,這些錯位將會帶來各種不同的應力壓縮與拉伸。

「經由進一步的穿隧光譜儀測量與量子機械計算,我們發現Dirac狀態在拉伸應力時得以增強,而在壓縮應力時遭遇破壞,」Lian Li解釋說,「這些結果顯示出有效控制拓撲絕緣體電子特性的新方法,例如透過施加應力等。 」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Topological Insulators Boost Spintronic Devices,by Paul Buckley)





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