אינסולטורים טופולוגיים מייצגים שינוי פרדיגמטי בפיסיקה החומרית, המציע שילוב ייחודי של בידוד רב והתנהלות פני השטח כי מוגן על ידי סינמטות מכניות קוונטיות.התנהגות יוצאת דופן זו נובעת מהצו הקדם-ological של החומר - נכס שאינו מקומי שאינו יכול להשתנות על ידי עיוותים חלקיים או הפרעה חלשה.

מה הם אינסטלטורים טופולוגיים?

מתוך Band Insulators to Topological Order

לחוקרים אמנה יש להקה שלמה ולהקת התנהגות ריקה שהופרדה על ידי פער אנרגיה גדול, מניעת זרימת אלקטרונים. בניגוד, בממריצים טופולוגיים יש פער גדול כמו אינסולטור רגיל, אבל פני השטח או הקצוות שלהם לנהל מצבים כי לחצות את הפערים הרצויים ללא שום שינוי; מדינות אלה אינן מקריות; הם מאוכפיפים על ידי חומר לא טופולוגי בצורות אופטיות כגון: 0Z2 לא יכול להיות תכונות מגנטיות גבוהה של הגנה על פני השטח.

חומרים טופולוגיים Prototypical Topological Insulator

(ב) ה[[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]] [[1924]] [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[[[[[1924]]]]

איכויות חשמל וחשיבותו

דיאק אלקטרונס על פני השטח

מוליכות חשמלית על פני השטח של insulators טופולוגי שונה באופן יסודי מזה של מתכות רגילות.אלקטרונים פני השטח מתנהגים כמו fermions ללא מסה, המתואר על ידי פיזור אנרגיה ליניארית-מומנטום ביחס דומה לזה של חלקיקים יחסיים. זה מבנה דיאק מוביל לגיוס גבוה מאוד כי צפיפות של מדינות היא קרוב לנקודה נמוכה, ופיזור כי הם מופיעים לעתים קרובות על פני השטח המכריע של טמפרטורות גבוהות יותר של גרף / 2.

השוואה עם עריכת דין

במכות רגילות, מוליכות חשמלית מתבצעת על ידי אלקטרונים שחווים פיזור תכופים מרטטים ופגמים, המוביל לדרך חופשית ממוצעת על סדר של עשרות ננומטרים בטמפרטורת החדר.מדינות פני השטח של אינסטלטורים טופולוגיים, לעומת זאת, מוגנים על ידי סימטריה של זמן-reversal: אלקטרונים נוסעים בכיוונים מנוגדים יש ספיןפוכות, כך שהם לא יכולים להחזיר לא מגנטיים לא-ממדמים של טמפרטורות בינוניות אפילו מזעריות, אפילו מזעריות, אפילו יותר, כלומר, כמה פעמים סטיות, כלומר, ירידה דרמטית, מזעריות, מזעריות, מזעריות, .

מדינות צפופות ו-Switch-Momentum Locking

The Phenomenon of Spin-Momentum Locking

אחת התכונות הבולטות ביותר של מדינות פני השטח העליון של insulator היא (FLT:0spin-momentum Locking FLT:1: הכיוון של אלקטרון הוא קשור באופן מהותי לכיוון המומנטום שלו.עבור וקטורת נתונה, הספין נעולה על זה וקטורת מומנטום כבד, אשר מבססת את ההשפעה של ספין-מולקולארית על ידי ספין-מולה חזקה, אשר דורשת השפעה הפוכה על ידי ספין-מולה (ampleedlemeded) אשר יהיה צורך בתרכובות עמוק לתוך תרכובות (מחץ) אשר יהיה צורך בתרכובות עמוק לתוך תרכובות אלה, אשר יהיה צורך בלחץ זה מופעלת חזקה על ידי ספין-מולה) על ידי ספין-מחץ עמוק לתוך תרכובות מול תרכובות מול תרכובות עמוק לתוך תרכובות עמוק לתוך תרכובות מול תרכובות מול תרכובות מול תרכובות מול תרכובות מול תרכובות עמוק לתוך תרכובות עמוק לתוך ספין-מחץ עמוק לתוך ספין-מחץ עמוק לתוך תרכובות עמוק לתוך ספין-מחץ עמוק לתוך ספין-מחץ עמוק זה, אשר יהיה צורך במתחה מופעלת זה, אשר יהיה צורך במתחה מופעלת זה, ובכך לחץ חזק זה (מ

השוואה עם אפקט רשבה

מנעולים של Spin-momentum ב insulators טופולוגי לעתים קרובות ניגוד עם אפקט רשבה נראה על פני השטח של מתכות כבדות או בארות קוונטיות למחצה. במערכת רשב, הספין מתחלק הוא ליניארי במומנטום אבל הספין אינו חזק כמו ספין-אום - ניתן לשנות על ידי שדות חשמליים או סימטריה מבנית.

השלכות על Spintronics ו- Qubits

מנעול ספינ-מומנטום מספק מנגנון טבעי לייצור ושליטה זרמים ספינים ללא צורך בתחומים מגנטיים חיצוניים.זה רלוונטי ישיר מחשוב קוונטי, שבו qubits מבוסס ספינים (כגון אלה ב dots קוונטיים) דורשים מניפולציה מדויקת של ספינים אלקטרונים בודדים.על ידי הפעלת ספיןביט אל משטח insulator העליון, אחד יכול לנצל את המרקם helic כדי להרחיב את קווי הבקרה הספין-חשמליים, ובכך להפחית את קווי המיקרוגל.

המונחים: Quantum Computing

מייג'ור פרמונים ו- Topological Qubits

אולי היישום המרגש ביותר של אינסולרים טופולוגיים במחשוב קוונטי הוא היכולת שלהם לארח את (FLT:0) Majorana fermionsment המדינה העליון 1 - חלקיקים שהם האנטי-חלקיקים שלהם.בחומרים מזוהם, מוסטנה אפס מצבים (MZMs) מופיעים בקצה של ננו-מתולולוגיים או בקווים קוסמויים אחרים שאינם מקיפים את העלולים להיות סטטיסטיקות.

Braiding and Quantum Gates

כדי ליישם קבוצה אוניברסלית של שערי קוונטים עם ראשיאנה qubits, יש צורך להתחזות מכשירים שאינם-עביאנים, בעוד כיפוף לבד נותן רק את שערי קליפורד (אשר לא אוניברסלי), זה יכול להיות להשלים עם פעולות לא-טופולוגיות כמו מדידה או מזקקות מצב קסם.

Integrating Topological Insulators עם Superconducting מעגלים

כיוון מבטיח נוסף הוא השילוב של משטחים טופולוגיים עם qubits קונבנציונליים.המשטח העליון מוליכות ו-ספין-מומנטום נעילה יכול להיות רתום כדי ליצור נקודות היברידיות המשלבות את קוהרנטיות של superconductors עם ההגנה הנשנית העליונה של מצבי הרואין. לדוגמה, a העליון insulological מבוסס quator יכול להציג רגישות מופחתת כמו אלקטרו-Sobs.

סינתזה חומרית ואתגרים

צמיחה קריסטל וסרט דק

למרות ההבטחה שלהם, insulators טופולוגי להציג אתגרים מדעיים משמעותיים. גבישים בודדים באיכות גבוהה של B2Se3 ו-B2Te3 יכולים להיות גדל באמצעות טכניקות כגון שיטת Bridgman או צמיחה פלוקס, אבל אלה לעתים קרובות סובלים מ מינון לא מכוון עקב נפיחות דקה או אספרורוניום vacancies, המוביל ל מוליכות גדולה כי הם פני השטח כדי לחשוף את פתע, כדי להפחית את החוקרים מולקולריים מפותחים כגון תכונות).

המונחים: Bulk Conductivity

(הופנה מהדף [[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1966]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1966]], [[1924]]]], [[1966]], [[1924]], [[1966]]]]]]]], [[1966]], [[1966]], [[1966]]]], [[1966]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1966]]]]]]]]]] [[[[[[1966]]]]

איכות הסביבה והנדסת ממשק

chalcogenides דום באוויר בשל חמצון, להרכיב שכבה דקה שיכולה למקם את רמת פרמי ולהציג את ההפרעה. שכבות של hexagonal boron nitride או amorphous Semorphous Seso שימש כדי לשמר את איכות פני השטח. עבור מכשירים מחשוב קוונטי, הממשק בין העליון insulator ורכיבים אחרים (superconductors, in אטומים, שיפור אטומי ואפקטים מתקדמים) הם באופן עקבי של אטומים של חומרים ממולקוליביים.

מחקר ופרק דרך

תצפית ישירה של מדינות פני השטח טופולוגיות

זווית-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) כבר אינסטרומנטלית לאשר את קיומם של מדינות משטח טופולוגיות ומיפוי המרקם הספין-resolved ARPES ויזואלית ישירות את הספיןאלי של B2Se3, מתן ראיות חזקות עבור ספין-מומנטום נעילה. בצד התחבורה, Shunkov-des-abnkov-ams של המדידות קוונטיות של ⁇ s של ⁇ s של חומרה.

חתימות של מצבי מייג'ור

בשנת 2020, צוות באוניברסיטת Delft לטכנולוגיה דיווח על תצפית של פסגה של אפס-ביידיות קוונטית ב insulator טופולוגי nanowire-superconductor, בהתאם לנוכחות של מצב גדולאנה אפס (ראה FLT:0 Nature 584, 533 (2020)FLT:1), יותר לאחרונה, ניסויים באמצעות פיזור B2Se3lakes עם תחזיות דומות יש להבחין בין מצבי הרוחב (R) אך ורק על ידי פעולות מגנטיות אחרות.

מבנים היברידיים וקווי הביניים

פריצת דרך גדולה הגיעה משילוב של insulators טופולוגי עם insulators ferromagnetic, אשר יכול לשבור סימטריה זמן-reversal ולפתוח פער במדינות פני השטח, נותן עלייה אפקט האולם הקוונטי הקוונטי של ה- 1076 alnbnance (המספרים של צומת חסר הניתוק) אשר ניתן לתמרן כדי ליצור qubitological עבור, לדוגמה, aquaum aranad) ar2nbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnable יותר מאשר , אשר מאפשר את זה מאפשר את זה מאפשר את זה מאפשר את זה יכול אפילו יותר מאשר צומת אורב (מחדשההה יותר מהפך אורנטי

תחזית עתיד

עקבו אחרי Fault-Tolerant Quantum Computing

המטרה הסופית של מחשוב קוונטי טופולוגי היא לבנות מחשב קוונטי אוניברסלי עם שיעורי שגיאה כל כך נמוך כי קודים משטח או קודים צבע להיות מיותר - ההגנה העליונה שנבנה לתוך ה-qubit עצמו מספק תיקון שגיאות. מימוש חזון זה דורש שיטות ייצור ברתונות כי לייצר מישורים של מוסטנה עם תכונות אחידות וזמני קוהרנטיות ארוכים.

חומרים חלופיים ופלטפורמות חדשניות

בעוד B2Se3 ו-B2Te3 הם החומרים המלומדים ביותר, חומרים טופולוגיים אחרים כגון תרכובות חצי-היתלר (למשל, YPtBi), tetradymites ternary, ואפילו מעוותים דו-שכבות מידע בשלב הקסומה שלה הוצעו כמארחים עבור מצבים טופולוגיים מסוימים עשויים להציע פערים גדולים יותר או קלים יותר כדי להשיג את רמות מחשוב קוונטיות חדשות יותר של ⁇ .

שיתוף פעולה עם התעשייה והיוזמה הלאומית

החיפוש אחר מחשבי הקוונטים טופולוגיים משך השקעה משמעותית מחברות טכנולוגיה גדולות (למשל, תחנת מיקרוסופט Q) ותוכניות מחקר לאומיות. האסטרטגיה של מיקרוסופט מתמקדת במפורש ב-qubitological המבוססים על מצבי מייג'ור אפס, והחברה דיווחה על השלבים הראשוניים לבניית qubit טופולוגי באמצעות ננווטים על In (לא על גבי קוסמטיקה בסוליקה, אבל את אותם עקרונות עיצוב מתקדם כדי לשפר את איכות התקניים).

מסקנות

(ההתנהגות החשמלית של insulators טופולוגי אינה רק תופעה פיזית מרתקת - היא המרכיב החיוני לפרדיגמה חדשה של מחשוב קוונטי (IIum Computing) על ידי ניצול התחבורה משטחים חזקים וחסרי נית, ומנעולים הייחודיים של ספין-מומנטום, החוקרים מניחים את היסודות ל-qubits כי הם מוגנים באופן בלתי פתיר ממעבדות לדרגת חומרים קוונטיים, אך ורקמטיים של חומרים מתקדמים יותר, אך ורקמטיים, עם התקדמות טכנולוגית מתקדמת, אך ורקמטית, עם התקדמות ויזואלית, אך ורקמטית, היא גבוהה יותר, היא גבוהה יותר, אך ורקמטית, היא גבוהה יותר, ובאופן מלא, עם התקדמות, עד כה, היא גבוהה יותר, ובאופן מלא, עם אתגרים מתקדמים, ובאופן בלתי-פומית, ובאופן בלתי-פוחיות, עם התקדמות, ובאופן בלתי-פוחיות, ובאופן בלתי-אופטימית, עם התקדמות, עם התקדמות, והתקדמות של חומרים אטומית, עם התקדמות טכנולוגית מתקדמת, עם התקדמות טכנולוגית מתקדמת, 000, עם התקדמות טכנולוגית מתקדמת, ובאופן בלתי-פומית, ובאופן בלתי-מנטלית, וחדשניים, אשר נשמרת, אשר נשמרת, 000, 000, 000, 000, 000