发现“打破规则”的量子材料

“我们已经通过实验生产出了高质量的产品, 制备了TaIrTe4的原子薄样品，并开发了相应的电子器件,电子游戏软件物理学助理教授马琼说, 该报告的主要作者. “特别有趣的是，我们发现的不仅仅是一种, 而是两种拓扑绝缘状态, 超出了理论的预测.”

这一发现引入了一种新的效应，该团队称之为双拓扑绝缘体或双量子自旋霍尔绝缘体, 马说.

特别瘦, 一种叫做TaIrTe4的晶体材料的二维层, 由钽制成, 铱, 和碲, 是不列颠哥伦比亚省科学家团队的电子游戏正规平台重点, 麻省理工学院, 哈佛大学, 加州大学洛杉矶分校, 德克萨斯州的一个&M, 田纳西大学, 新加坡南洋理工大学,  中国科学院, 以及日本国家材料科学电子游戏正规平台所.

每层厚度都不到1纳米，也就是超过100纳米,比人类的一根头发细一千倍. 这些层, 或“雪花,“是用一种简单的方法，用透明胶带从一个更大的晶体上小心地剥离下来的, 这是一种获得诺贝尔奖的技术，广泛应用于材料科学.

“我们的调查旨在了解这些材料是如何导电的，”马说. “考虑到这些材料的微小尺寸, 我们采用了先进的纳米制造技术, 包括光刻和电子束光刻, 建立纳米级电触点.”

马说，该项目的主要目标是测试理论预测，即最薄的TaIrTe4层作为二维拓扑绝缘体-也称为量子自旋霍尔绝缘体-一种新颖的材料，其内部是绝缘的，电流沿着其边界流动而没有任何能量损失. 这种独特的组合使这些材料成为电子游戏正规平台人员试图开发下一代节能电子设备的焦点.

通过操纵特定的参数——被称为栅极电压——电子游戏正规平台小组发现TaIrTe4在两种不同的拓扑状态之间发生了转变, 马说. 在这两个例子中, 这种材料内部的导电性为零, 而它的边界保持导电. 通过系统的实验和理论电子游戏正规平台, 他们确定这两种拓扑状态起源于不同的起源.

这一发现超出了理论预测，令科学家们感到惊讶.

“通常, 向材料中加入电子会增加材料的导电性，因为它含有更多的电荷或电荷载体,马说. “最初，我们的系统表现得像预期的那样，随着电子的加入，它变得更导电. 然而, 超过某一点, 增加更多的电子出乎意料地使内部再次绝缘, 仅在边界处导电且无能量损失, 这又是一个拓扑绝缘阶段就像开始时内部没有电子一样. 这种向第二个拓扑绝缘阶段的过渡是完全出乎意料的.”

马说，未来的发现工作包括与其他专业技术熟练的团体合作, 比如纳米级成像探针, 进一步了解意外行为.

“我们还将专注于改进材料的质量，以改善已经令人印象深刻的无耗散拓扑传导,马说. “此外, 我们计划在这种新材料的基础上构建异质结构，以揭示更有趣的物理行为.”

在电子游戏软件, Ma collaborated with Professors of Physics Kenneth Burch and Ziqiang Wang; staff at the University Clean Room; BC post-docs Jian Tang, Zumeng黄, and Zhe Sun; graduate students Thomas Siyuan Ding, 迈克尔Geiwitz, 穆罕默德Shehabeldin, Vsevolod Belosevich, and Yiping Wang; and Zihan Wang, 访问本科生电子游戏正规平台员.