好神奇啊!这种新材料,它表面会导电,但内部却是绝缘体

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资讯发布 发表于 2019-12-2 19:05:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
好神奇啊!这种新质料,它外貌会导电,但内部却是绝缘体

博科园:本文为量子物理学类

拓扑绝缘体是一种创新质料,它在外貌导电,但在内部却是绝缘体。巴塞尔大学和伊斯坦布尔技能大学的物理学家,已经开始研究拓扑绝缘体对摩擦的反应。实验表明,摩擦产生的热量明显低于传统质料,这是由于一种新的量子机制,其研究发现发表在《自然质料》期刊上。由于其独特的电气特性,拓扑绝缘体有望在电子和盘算机行业以及量子盘算机的开发中实现许多创新。薄薄的外貌层可以险些没有电阻地导电,从而产生比传统质料更少的热量。

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这使得拓扑绝缘体在电子元件的应用让科学家们特别感爱好。别的,在拓扑绝缘体中,电子摩擦(即电子介导的电能到热的转换)可以被减少和控制。巴塞尔大学、瑞士纳米科学研究所(SNI)和伊斯坦布尔技能大学的研究职员现在已经能够通过实验验证,并确切演示通过摩擦从能量转变为热量的举动,这一过程称为耗散。由巴塞尔大学物理系Ernst Meyer传授领导的团队,研究了碲化铋拓扑绝缘体外貌摩擦的影响。

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科学家们在摆动模式下使用了原子力显微镜,由金制成的导电显微镜尖端在拓扑绝缘体二维外貌上来回摆动。当向显微镜尖端施加电压时,钟摆的活动在外貌上诱导出小电流。在传统质料中,一部分电能通过摩擦转化为热,拓扑绝缘体导电外貌上的效果看起来非常差别:通过转换为热的能量损失显着减少。在SNI博士学院进行这项工作的Dilek Yildiz博士表明道:丈量清楚地表明,在某些电压下,电子摩擦险些不会产生热量。

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研究职员还初次能够观察到一种新的量子力学耗散机制,这种机制只在特定电压下发生。在这些条件下,电子从尖端通过中心状态迁徙到质料中,类似于扫描隧道显微镜中的隧道效应。通过调治电压,科学家能够影响耗散。这些丈量证明了拓扑绝缘体的巨大潜力,因为电子摩擦可以有针对性地控制。电阻加热引起的焦耳能量损失在电子器件中无处不在,而量子力学的耗散在很洪流平上未被探索。本研究在实验观察到由于拓扑保护的外貌态对Bi2Te3中焦耳耗散的克制。

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相反,通过摆原子力显微镜观察到了一种差别类型的耗散机制,这与单电子隧穿共振进入略高于Bi2Te3外貌有关。磁场施加导致外貌态拓扑保护的破坏,规复了预期的焦耳耗散过程。摆原子力显微镜悬臂梁所履历的纳米机械能量耗散,提供了关于拓扑绝缘体外貌量子隧穿征象耗散本质的丰富信息泉源,以及将机械振荡器耦合到一样平常量子质料的含义。

博科园|研究/来自:巴塞尔大学

参考期刊《自然质料》

DOI: 10.1038/s41563-019-0492-3

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来源:https://www.toutiao.com/a6748007623867499019/
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