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激子极化激元拓扑绝缘体
2018-10-12


[ScienceDaily网站20181011日报道]拓扑绝缘体是一种具有非常特殊性质的材料。它只在表面或边缘上进行电子或光子传输,而其内部绝缘。这种特殊的性质最终带来了技术上的创新,这也就是为什么拓扑绝缘体多年来一直是全球研究主题的原因。



德国巴伐利亚州维尔茨堡大学、新加坡南洋理工大学及以色列海法理工学院的物理学家们在Journal Nature上发表了他们在拓扑绝缘体上的新发现。该团队首次成功的研制出了同时具有光子和电子激发态的拓扑绝缘体,称之为“激子极化激元拓扑绝缘体”。



具有双重效益的新颖性



根据维尔茨堡大学应用物理学负责人Sven Höfling教授的说法,这样的拓扑绝缘体具有双重效益:“它们既可以应用于电子系统,也可以应用于激光系统。”而之前的拓扑绝缘体是基于电子或者是基于光子的,只允许应用在其中一个方面。



项目的团队负责人Sebastian Klembt博士在这个项目的推进过程中发挥了主导作用。他给出了项目中更多的细节:新型的拓扑绝缘体建立在微芯片上,由砷化镓半导体化合物组成。它具有蜂窝结构,由许多小柱子组成,每根直径为两微米(两个百万分之一米)。



传播方向可以被控制



当用激光刺激这种微观结构时,光物质粒子只会在边缘处的内部形成。然后这些粒子以较低的损失沿着边缘和角落移动。Klembt博士说“我们能够通过磁场来控制和逆转粒子的传播方向。”



这是一个复杂的系统,这个系统应用在维度--微芯片--光控制方面。通常,这并不是那么容易做到的:纯光粒子不带电荷,因此不能用电场或磁场来控制。相反,新的拓扑绝缘体可以通过“光沿着角落传输”来实现这一点。



维尔茨堡大学和以色列理工学院:拓扑绝缘体的专业知识



Sven Höfling团队研究的成功再次证明了维尔茨堡大学物理研究所是一个领先的拓扑绝缘体研究中心。2007年,维尔茨堡大学物理学教授 Laurens Molenkamp通过实验建造了世界上第一个拓扑结构的绝缘体,开创了这一领域。维尔茨堡大学物理学家在这一领域的卓越表现在20189月再次得到认可,并在德国“卓越战略”竞赛上被授予“量子材料的复杂性和拓扑结构”的奖项。



以色列海法理工学院的技术人员对研究进行了补充:2013年,Mordechai (Moti) Segev团队第一次展示了光子拓扑绝缘体,并启动了“拓扑光子学”领域。现在两个研究组织已经联合起来,第一次展示了共生态的光物质拓扑绝缘体,它无论在基础理论的发现还是光电子应用领域,都起着至关重要的作用。(工业和信息化部电子第一研究所  李茜楠)



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