新的2D材料表现出异国量子质

时间：2021-06-01 07:52:09 来源：

该图说明了基于2-D材料的MIT团队对新型电子设备的愿景背后的概念。2-D材料位于层状的“三明治”的中间，其中另一种材料层，氮化硼层，顶部和底部（以灰色显示）。当通过顶部的矩形区域将电场施加到材料时，它切换中间层（黄色区域）的量子状态。这些“切换”区域的界限充当完美的量子线，可能导致具有低损耗的新型电子设备。

来自MIT细节的新出版的研究理论分析表明，一系列二维材料表现出可实现新型纳米级电子产品的异端量子特性。

预计这些材料显示出一种称为量子旋转霍尔（QSH）效应的现象，属于一类称为过渡金属二甲基甲基化物的材料，其中厚的层厚。该研究结果详述了本周在本周的杂志上，由MIT Postdocs Xiaofeng Qian和Junwei Liu合作;物理助理教授梁福;核科学与工程技术科学与工程教授Ju Li。

QSH材料具有在大部分材料中的电气绝缘体的不寻常性质，在其边缘上具有高度导电性。许多研究人员认为，这可能使它们成为新型量子电子设备的合适材料。

但只有两种具有QSH特性的材料已经合成，并且这些材料的潜在应用受到两个严重缺点的阻碍：它们的带隙是制造晶体管和其他电子设备的属性太小，给出了低信噪比;他们缺乏快速切换和关闭的能力。现在，麻省理工学院研究人员表示，他们已经找到了有可能避免使用已探索其他目的的二维材料的障碍。

现有的QSH材料仅在非常低的温度下工作，并且在困难的条件下，傅说，添加“我们预测表现出这种效果的材料被广泛访问。… 可以在相对高的温度下观察到效果。“

“这里发现的是一个真正的2-D材料，具有这个[qsh]特征，”李说。“边缘就像完美的量子线。”

麻省理工学院的研究人员表示这可能导致新的低功耗量子电子产品，以及熔点装置 - 一种电子设备，其中电子设备，而不是它们的电荷，用于携带信息。

Graphene，一种具有不寻常的电气和机械性能的二维，一种原子厚的碳，一直是大量研究的主题，这导致了对类似的2-D材料进一步研究。但到目前为止，少数研究人员已经检查了这些材料，以便可能的QSH效果，而MIT团队说。“二维材料是一个非常活跃的领域，用于很多潜在的应用程序，”Qian说 - 这个团队的理论工作现在表明，至少六种这样的材料确实共享了这些QSH属性。

MIT研究人员研究了由过渡金属钼或钨和非金属碲化合物制成的化合物的材料，以及非金属碲化合物的材料。这些化合物自然形成薄片，仅仅是原子厚，可以在其晶体结构中自发地发展二聚化图案。这是这种晶格二聚体，产生了麻省理工学院团队研究的效果。

虽然新工作是理论的，但该团队基于计算的效果为新类型的晶体管制作了一种设计。称为拓扑场效应晶体管或TFET，设计基于由两层2-D氮化硼夹在一起的单层2-D材料。研究人员表示，这种装置可以在芯片上以非常高的密度产生并且具有非常低的损耗，允许高效操作。

他们说，通过将电场应用于材料，可以打开和关闭QSH状态，使其成为一系列电子和旋转式设备。

此外，研究人员说，这是最有希望的已知材料中可能使用的最有希望的材料之一。量子计算通常易于破坏 - 从技术上讲，甚至很小的扰动都失去了一致性。但是，李说，拓扑量子计算机“不能失去小扰动的一致性。对于量子信息处理是一个很大的优势。“

QIAN说，由于这些二维材料已经在这些二维材料上进行了如此多的研究，可以通过其他群体开发，以便可以应用于新的QSH电子设备的创建。

普林斯顿大学的物理教授Nai Phuan Ong表示，“虽然之前已经提到了一些想法，但目前的系统似乎特别有前途。这个激动人心的结果将弥合两个非常活跃的凝聚物物理学，拓扑绝缘体和二硫代芳基的子场。“

该研究得到了国家科学基金会，美国能源部和集成量子材料的STC中心支持。钱和刘同等地贡献了这项工作。

出版物：晓峰钱等，“Quantum Spin Hall效应二维过渡金属二甲甲基甲基甲基甲基甲基甲甲基甲甲基磷酸，”2014年科学; DOI：10.1126 / Science.1256815

图像：严良

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