拓?fù)浣^緣體是具有迷人特性的材料：電流僅沿其表面或邊緣流動(dòng)，而材料的內(nèi)部則表現(xiàn)為絕緣體。

2007年德國(guó)巴伐利亞州Julius-Maximilians-Universit?t(JMU)Würzburg的Laurens Molenkamp教授率先通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了這種拓?fù)鋺B(tài)的存在，他的團(tuán)隊(duì)利用基于汞和碲的量子阱(HgTe)完成了這項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性研究。從那時(shí)起，這些新穎的材料就成為了新一代元件的希望，例如，這些組件有望實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)的創(chuàng)新。

JMU物理學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)第一次成功地為這些元件構(gòu)建了一個(gè)基本元素-量子點(diǎn)接觸(QPC)，并發(fā)表在在《自然物理》期刊上展示了這一成就。量子點(diǎn)接觸在其他二維結(jié)構(gòu)中是準(zhǔn)一維收縮，而二維結(jié)構(gòu)只有幾個(gè)原子層薄。在拓?fù)淞孔于逯?，?dǎo)電態(tài)僅位于邊緣，這些邊緣態(tài)在量子點(diǎn)接觸處空間合并，這種接近使得研究邊緣狀態(tài)之間的潛在相互作用成為可能。這個(gè)實(shí)驗(yàn)之所以能成功，是因?yàn)楣饪谭椒ㄈ〉昧送黄疲箍茖W(xué)家能夠在不損害拓?fù)洳牧系那闆r下，創(chuàng)造出令人難以置信的小結(jié)構(gòu)。

這項(xiàng)技術(shù)將使科學(xué)家們?cè)诓痪玫膶?lái)，在拓?fù)浼{米結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)令人印象深刻的新穎效果。通過(guò)相互作用的反常電導(dǎo)行為，使用復(fù)雜的制造過(guò)程，JMU物理學(xué)家成功地精確而溫和地構(gòu)造了瓶頸，這種技術(shù)進(jìn)步使他們能夠使系統(tǒng)的拓?fù)鋵傩怨δ芑?。在此背景下，Laurens Molenkamp教授和Bj?rn Trauzettel教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)首次能夠使用反常電導(dǎo)信號(hào)演示系統(tǒng)不同拓?fù)鋺B(tài)之間的相互作用效應(yīng)。維爾茨堡的研究人員將所分析拓?fù)淞孔狱c(diǎn)接觸的這種特殊行為，歸因于一維電子系統(tǒng)的物理。

一維中的相互作用電子

如果在一個(gè)空間維度上分析電子相關(guān)性，電子就會(huì)以有序的方式移動(dòng)（不像在二維或三維空間維度中那樣）因?yàn)椴豢赡堋俺健毕惹暗碾娮?。從圖畫(huà)上講，在這種情況下，電子的行為就像鏈條上的珍珠。一維系統(tǒng)的這種特殊性質(zhì)導(dǎo)致產(chǎn)生了有趣的物理現(xiàn)象，強(qiáng)庫(kù)侖相互作用和自旋軌道耦合的相互作用在自然界中是罕見(jiàn)的。因此，預(yù)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)將在未來(lái)幾年產(chǎn)生根本性的發(fā)現(xiàn)。

拓?fù)淞孔狱c(diǎn)接觸是近年來(lái)在理論上預(yù)測(cè)的許多應(yīng)用的基本組成部分。這種類型的一個(gè)特別突出例子是約拉納費(fèi)米子的可能實(shí)現(xiàn)，意大利物理學(xué)家埃托雷·馬約拉納早在1937年就預(yù)言了這一點(diǎn)，這些激發(fā)在拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)方面具有很好的應(yīng)用潛力。為此，不僅檢測(cè)馬約拉納費(fèi)米子，而且能夠隨意控制和操縱它們，這是非常重要的。拓?fù)淞孔狱c(diǎn)接觸首先在JMU Würzburg實(shí)施，在這方面提供了令人興奮的前景。

博科園｜研究/來(lái)自：維爾茨堡大學(xué)

參考期刊《自然物理》

DOI: 10.1038/s41567-019-0692-4

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