陈根：新拓扑材料，采用链状蜂巢晶格结构

文|陈根

拓扑绝缘体是一类非常特殊的绝缘体，自2007年被发现以来，其逐渐成为了凝聚态物理领域的一个的新热点，并被认为是继石墨烯之后的“Next Big Thing”。其特殊性是由能带结构的特殊拓扑性质所决定的。

从理论上说，这类材料的体内的能带结构是典型的绝缘体类型，在费米能处存在着能隙，然而在该类材料的表面则总是存在着穿越能隙的狄拉克型的电子态，因而导致其表面总是金属性的。

也正是这个性质，使得在拓扑绝缘体的外边界上，电或（在某些情况下）光很容易绕过角落和缺陷，并且几乎没有损失。基于该特性，为了防止今天越来越精密的电路所遇到的过热问题，拓扑绝缘体可以被纳入电路设计中，以便在不产生热量的情况下将更多的处理能力装入特定区域。

近日，中佛罗里达大学的研究人员开发了一种新的拓扑材料，该材料采用了独特的链状蜂巢晶格结构，克服了当代拓扑设计的缺点，能够通过最小化功率损失，支持更快的信息处理。

具体来说，研究人员用激光在一块二氧化硅上蚀刻了这种相连的蜂窝状图案，从而使研究人员能够在不弯曲或拉伸光子线的情况下调节电流。这样能够在电路中引导光的流动，从而实现引导信息的需要。

另外，由双态拓扑绝缘体引入的新设计方法可提升传统的调制技术，使基于光的计算技术离现实更近一步。拓扑绝缘体基于它们的特性，也可以用来保护和驾驭脆弱的量子信息比特，从而使处理能力比今天的传统计算机快上亿倍。

值得一提的是，氢调节可能有助于产生新型拓扑超导体。因为许多超导体可以在其表面产生神秘的粒子，称为马约拉纳费米子（MajoranaFermions），这是一种长期理论化的粒子，是它们自己的反粒子。量子位通常是脆弱的，但拓扑超导体的马约拉纳费米子可以证明在拓扑上防止干扰。

目前，相关研究结果已经发表在《自然-材料》杂志上。