拓撲絕緣體是具有迷人特性的材料：電流僅沿其表面或邊緣流動，而材料的內部則表現為絕緣體。2007年德國巴伐利亞州Julius-Maximilians-Universitt(JMU)Würzburg的Laurens Molenkamp教授率先通過實驗證明了這種拓撲態的存在，他的團隊利用基於汞和碲的量子阱(HgTe)完成了這項開創性研究。從那時起，這些新穎的材料就成為了新一代元件的希望，例如，這些組件有望實現信息技術的創新。
JMU物理學家們現在已經第一次成功地為這些元件構建了一個基本元素-量子點接觸(QPC)，並發表在在《自然物理》期刊上展示了這一成就。量子點接觸在其他二維結構中是準一維收縮，而二維結構只有幾個原子層薄。在拓撲量子阱中，導電態僅位於邊緣，這些邊緣態在量子點接觸處空間合併，這種接近使得研究邊緣狀態之間的潛在相互作用成為可能。這個實驗之所以能成功，是因為光刻方法取得了突破，它使科學家能夠在不損害拓撲材料的情況下，創造出令人難以置信的小結構。
這項技術將使科學家們在不久的將來，在拓撲納米結構中發現令人印象深刻的新穎效果。通過相互作用的反常電導行為，使用複雜的製造過程，JMU物理學家成功地精確而溫和地構造了瓶頸，這種技術進步使他們能夠使系統的拓撲屬性功能化。在此背景下，Laurens Molenkamp教授和Bjrn Trauzettel教授領導的團隊首次能夠使用反常電導信號演示系統不同拓撲態之間的相互作用效應。維爾茨堡的研究人員將所分析拓撲量子點接觸的這種特殊行為，歸因於一維電子系統的物理。
一維中的相互作用電子
如果在一個空間維度上分析電子相關性，電子就會以有序的方式移動（不像在二維或三維空間維度中那樣）因為不可能「超越」先前的電子。從圖畫上講，在這種情況下，電子的行為就像鏈條上的珍珠。一維系統的這種特殊性質導致產生了有趣的物理現象，強庫侖相互作用和自旋軌道耦合的相互作用在自然界中是罕見的。因此，預計這個系統將在未來幾年產生根本性的發現。
拓撲量子點接觸是近年來在理論上預測的許多應用的基本組成部分。這種類型的一個特別突出例子是約拉納費米子的可能實現，義大利物理學家埃託雷·馬約拉納早在1937年就預言了這一點，這些激發在拓撲量子計算機方面具有很好的應用潛力。為此，不僅檢測馬約拉納費米子，而且能夠隨意控制和操縱它們，這是非常重要的。拓撲量子點接觸首先在JMU Würzburg實施，在這方面提供了令人興奮的前景。
博科園｜研究/來自：維爾茨堡大學參考期刊《自然物理》DOI: 10.1038/s41567-019-0692-4博科園｜科學、科技、科研、科普關注【博科園】看更多大美宇宙科學