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新型拓扑绝缘子

2019-03-03 15:00:11来源:

拓扑绝缘体是具有非常特殊性质的材料。它们仅在其表面或边缘上导电或发光,但不在内部导电。这种不寻常的行为最终可能导致技术创新,这就是为什么拓扑绝缘体多年来一直是激烈的全球研究的主题。

德国巴伐利亚州Julius-Maximilians-UniversitätWürzburg(JMU)的物理学家与来自以色列海法的Technion和新加坡南洋理工大学的同事现在在Nature杂志上报道了他们的发现。该团队首次成功构建了一个同时具有光和电子激发的拓扑绝缘体,称为“激子 - 极化子拓扑绝缘体”。

具有双重利益的新颖性

JMU应用物理学主席SvenHöfling教授表示,这种拓扑绝缘子具有双重好处:“它们可用于开关电子系统和激光应用。” 先前开发的拓扑绝缘体基于电子或光子,仅允许实施这些应用中的一种。

Höfling主席的组长Sebastian Klembt博士在该项目中发挥了主导作用。他提供了更多细节:新型拓扑绝缘体是在微芯片上构建的,基本上由砷化镓半导体化合物组成。它有一个蜂窝状结构,由许多小柱子组成,每个柱子直径为2微米(百万分之二米)。

可以控制传播方向

当用激光激发这种微结构时,光物质颗粒在其内部形成,仅在边缘处形成。然后颗粒沿边缘和拐角行进,损耗相对较低。“磁场使我们能够控制和逆转粒子的传播方向,”Klembt说。

它是一种复杂的系统,可以在面向应用的尺寸上工作 - 在微芯片上 - 并且可以控制光线。通常,这不容易实现:纯光粒子没有电荷,因此不能用电场或磁场容易地控制。相比之下,新的拓扑绝缘体能够以说话的方式“在拐角处发光”来做到这一点。

JMU和Technion:拓扑绝缘子方面的专业知识

Höfling团队的这项研究成功再次表明,维尔茨堡大学物理研究所是拓扑绝缘子研究的领先中心。2007年,JMU物理学教授Laurens Molenkamp通过实验性地建造世界上第一个拓扑绝缘体开创了该领域。维尔茨堡物理学家在该领域的卓越表现最近于2018年9月再次获得认可,并在德国“卓越战略”竞赛范围内授予卓越集群“量子材料中的复杂性和拓扑”。

以色列理工学院的科学家拥有互补的专业知识:Mordechai(Moti)Segev集团在2013年展示了第一个光子拓扑绝缘体,并推出了“拓扑光子学”领域。这些团体现已联合起来展示这种第一种共生光物质拓扑绝缘体,它既是一项基本发现,又为光电子学领域的应用打开了大门。