新型物質狀態 介於一二維間的拓樸絕緣體



新型物質狀態 介於一二維間的拓樸絕緣體


中國上海交大和荷蘭烏得勒支大學的國際科學家團隊發現,1.58維空間中可能存在拓撲絕緣體,可用於節能資訊處理,有望成為另一個全新的超導體平台。


編譯/高晟鈞




中國上海交大和荷蘭烏得勒支大學的國際科學家團隊發現,1.58維空間中可能存在拓撲絕緣體,可用於節能資訊處理,有望成為另一個全新的超導體平台。





新型物質狀態 介於一二維間的拓樸絕緣體
中國上海交大和荷蘭烏得勒支大學的國際科學家團隊發現,1.58維空間中可能存在拓撲絕緣體。(圖/取自Phys.org)



1.58維度真的存在嗎?




1.58維度這個數字究竟從何而來?這是德國數學家Felix Hausdorff提出的一種可以不是整數(如我們熟知的一維、二維和三維空間)的維度,Hausdorff維度是一種分形結構。




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也許很難想像世界上竟然還存在1.58維度,但事實上,自然界中存在著許多分形結構的例子,非整數維度也可能多如牛毛。分形結構的意思,簡單來說就是一個東西無論如何縮放,都會呈現相似的結構或模式,又被稱為「自相似結構」,例如:人的肺、大腦神經網路、花椰菜和雪花等等。




拓樸絕緣體




拓樸絕緣體是允許電流流動而不損失能量的特殊材料,首次在2004年被發現,並獲得了諾貝爾獎。它揭示了一種新的物質狀態:在內部,拓樸絕緣體是絕緣的,而在其邊界處,電流可以在沒有電阻的情況下自由流動。




這使得拓樸絕緣體成為量子技術的最佳材料,並有望成為節能資訊處理的新解答。然而,拓樸絕緣體一般只有在非常強的磁場與超極低溫下(攝氏-270度)才存在,因此難以走進日常生活中。




過去的二十年裡,科學家發現,單原子厚的二維鉍層在室溫下竟然表現出了拓樸絕緣體的性質。這項進步使得拓樸絕緣體在電子設備中的使用更接近現實。




在分形結構上尋找拓樸絕緣體




以此為基礎,研究團隊透過在半導體(銻化銦)上生長化學元素(鉍),並獲得了自發形成的分形結構。隨後,研究團隊從理論上證明了,這種材料具備了拓樸絕緣體的性質條件,有望成為量子電腦領域中新的量子位元解答。




在後續研究中,上海交大的團隊試圖在分形結構上生長超導體,試圖在分形結構中,開闢室溫超導的另外一條路。也許分形結構的特殊幾何排列,能夠創造有利於電子配對的條件,而這些秘密或許都藏在分整數的未知維度當中。




資料來源:Phys.org



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