科学者たちは 10 年以上にわたってトポロジカル絶縁体を使用して量子効果を実証してきましたが...
量子物理学とトポロジー - 一緒に
近年、トポロジカルの研究が進んでいます。物質の状態は世界中の物理学者や技術者の注目を集めています。この研究分野は、量子物理学と、変形する可能性はあるが本質的には変化しない幾何学的特性を研究する理論数学の分野であるトポロジーを組み合わせたものです。物質のトポロジカル特性は、基礎物理学の観点からも、量子工学や次世代ナノテクノロジーへの応用にとっても重要です。
量子トポロジーの基礎
使用されるデバイスの主なコンポーネント量子トポロジー - トポロジカル絶縁体の謎の研究。このユニークなデバイスは内部で絶縁体として機能します。つまり、内部の電子は自由に移動できないため、電気を通しません。
しかし、デバイスの端にある電子は自由に動きます。動くので導電性があります。トポロジーの特殊な特性のおかげで、エッジに沿って流れる電子は欠陥や変形によって妨げられません。新しいデバイスは、将来の技術を改善するだけでなく、その量子電子特性を調査することで物質自体についてのより深い理解を提供する可能性があります。
何が問題ですか？
まだ材料や装置を使っている機能デバイスにおける実際のアプリケーションでは問題がありました。すべては量子トポロジーの過酷な条件によるものです。はい、現在トポロジカル材料に大きな関心が寄せられており、実際の応用に対する大きな可能性について人々はよく話します。しかし、巨視的な量子トポロジカル効果が室温で現れるまでは、これはすべて単なる夢のままでしょう。
問題は環境や高さです温度は物理学者が「熱雑音」と呼ぶものを発生させます。簡単に言うと、これは原子が強く振動し始める温度の上昇です。これにより、微妙な量子システムの動作が混乱し、量子状態自体が破壊される可能性があります。
特に、トポロジカル絶縁体では、温度が高くなると、絶縁体の表面の電子が絶縁体の内部に侵入する状況が生じます。これにより電子に電流が流れ、特殊な量子効果が弱まるか破壊されます。
これを回避する方法はありますか？
はい、このような条件下で実験を行うことで非常に低い温度 - 絶対零度程度。このような信じられないほど低い温度では、原子および亜原子粒子の振動が停止するため、操作が容易になります。ただし、超低温環境を作成および維持することは、多くの用途にとって現実的ではありません。それは高価で、扱いにくく、膨大なエネルギーを必要とします。
科学者たちは何をしましたか？
物理学者はこれを回避する革新的な方法を開発しました問題。彼らは、臭化ビスマス (化学式 α-Bi 4 Br 4) から新しいタイプのトポロジカル絶縁体を作成しました。これは無機結晶化合物であり、水の浄化や化学検査に使用されることがあります。この研究の著者らが指摘しているように、この材料は巨大な圧力や超高磁場を必要としない。
研究の中で、科学者たちは次のものに依存しました。量子ホール効果は、1980 年にクラウス フォン クリツィングによって発見されたトポロジカル効果の一形態であり、彼はその 5 年後にノーベル賞を受賞しました。それ以来、トポロジカル相は集中的に研究されてきました。科学者は、トポロジカル絶縁体、トポロジカル超伝導体、トポロジカル磁石、ワイル半金属など、トポロジカル電子構造を持つ多くの新しいクラスの量子材料を発見しました。その電子スペクトルは、グラフェンのスペクトルの 3 次元類似物です。
パズルの最後のピース
室温で量子化を達成するために、科学者はカゴメ格子を使用しました。
カゴメ格子という用語は日本の物理学者によって造られました。1951年に伏見の指導のもと猪城庄司が執筆した論文に初めて登場した。カゴメス格子は、三角形のモザイクの頂点と辺で構成されます。名前に反して、これらの交差は数学的な格子を形成しません。逆に、三六角形モザイクは、正多角形で構成されるユークリッド平面上の 11 個の同種モザイクの 1 つです。モザイクは正三角形と正六角形で構成され、各六角形が三角形で囲まれるように配置され、またその逆も同様です。モザイクの名前は、正六角形のモザイクと正三角形のモザイクを組み合わせたものに由来しています。
カゴメ格子上のトポロジカル絶縁体相対論的なバンド交差と強い電子-電子相互作用を持つように設計できます。新しいタイプの磁気には両方が必要です。
格子かごめ。著者: 森N.
そこで科学者たちは、カゴメ磁石がトポロジカル磁気相を探索するための有望なシステム。それら自体はトポロジカル絶縁体に似ています。すべては適切な原子化学と構造設計の問題です。
それはどこにつながるのですか？
研究者たちは、彼らのブレークスルーが量子およびナノテクノロジーの発展につながると信じています。
新しい絶縁体の作成は特に影響を及ぼします次世代量子技術の開発に向けて。研究者らはまた、この画期的な進歩により、より効率的で「グリーンな」量子材料の開発が加速すると考えている。
次は何ですか？
科学者によると、現在、研究チームの理論的および実験的焦点は2つの方向に集中しています。
まず、科学者は他に何があるかを理解したいと考えています。トポロジカル材料は室温で動作できます。そして重要なことは、室温および高温で機能する材料を特定するためのツールと新しい測定技術を他の専門家に提供することです。
続きを読む：
考古学者は聖書の伝説を公式に確認しました
心臓が死ぬと体の細胞に何が起こるかが判明
Starlink 信号がハッキングされ、GPS の代替として使用される