新型材料：高階拓撲絕緣子

這是一個高階拓撲絕緣子的示意圖，它的形狀是納米線，邊緣有導電通道。

拓撲研究對象和固體的屬性，這些屬性可以防止擾動和變形。到目前為止已知的材料包括拓撲絕緣子，它是一種晶體，在內部絕緣，但在其表面傳導電流。導電表面受到拓撲保護，這意味著它們很難進入絕緣狀態。

蘇黎世大學的理論物理學家現在預測了一種新型的拓撲絕緣體，它們在晶體的邊緣而不是表面上導電。該研究小組由來自蘇黎世大學、普林斯頓大學、多諾斯提亞國際物理中心和位于哈爾的馬克斯普朗克顯微結構物理研究所的科學家組成，他們將這種新型材料稱為“高階拓撲絕緣體”。導電邊的非凡魯棒性使它們特別有趣:拓撲電子的電流不能被無序或雜質所阻止。如果不完美妨礙了電流的流動，它就會在雜質周圍流動。

電子高速公路

此外，晶體的邊緣不需要特別的準備來傳導電流。如果晶體斷裂，新的邊緣也會自動傳導電流。蘇黎世大學物理系教授Titus Neupert表示：“最令人興奮的一點是，至少在理論上，電力可以在沒有任何損耗的情況下進行。”“你可以把晶體屆看作是電子的一種高速公路。他們不能簡單地掉頭，這種無耗散電導的性質，在低溫下也可以從超導體中得知，并不與先前已知的具有導電表面的拓撲絕緣體晶體共享，而只適用于高階拓撲晶體。

進一步的理論和實驗研究

物理學家的研究仍然主要依賴于理論方面。他們提出碲化錫是第一個顯示這些新特性的化合物。Neupert博士說:“更多的候選材料必須在實驗中被發現和研究。”研究人員希望，未來由高階拓撲絕緣體構成的納米線可以作為電路中的導電路徑。它們可以與磁性和超導材料結合，用于制造量子計算機。