“距石墨烯基拓扑绝缘体更近一步”

2005年，聚集态物理学家charles kane和eugene mele考虑了石墨烯在低温下的命运。 他们的工作将发现被称为拓扑绝缘体的新物质状态，开创材料科学的新时代。

拓扑绝缘体的内部是绝缘体，但其表面是具有高导电性的材料。 加州大学圣巴巴拉分校助理物理学教授andrea young说。 在二维中，理想的拓扑绝缘体在其边缘具有弹道电导，young解释说，这意味着通过该区域的电子将遭遇零电阻。

讽刺的是，kane和mele的工作会在各种材料中发现拓扑绝缘行为，但作为他们最初预测的石墨烯拓扑绝缘体还没有实现。

的核心是自旋-轨道耦合-微弱的效应，其中电子的自旋及其轨道运动在核心之间相互作用。 对所有拓扑绝缘体来说，自旋轨道耦合在石墨烯中非常弱。 这是因为该拓扑绝缘行为会被石墨烯支撑的表面产生的其他影响淹没。

博士后约书亚岛研究员表示，石墨烯中微弱的自旋-轨道耦合令人遗憾。 因为实际上，对于二维拓扑绝缘体来说，事件并不是那么好。 island先生说，迄今为止，已知的二维拓扑绝缘体是无序的，难以同时采用。 随着电子的发展，端部的电导迅速减少，表明远离弹道。 在石墨烯中实现拓扑绝缘体。 这是一种非常完美的二维材料，可以提供低耗散弹道电路的基础，也可以形成拓扑保护量子位的材料基板。

现在，在发表在nature、island期刊上的书中，young和他们的合作者找到了将石墨烯变为拓扑绝缘体( ti )的方法。 这个项目的目标是增加或增强石墨烯中的自旋轨道键。 第一作者岛补充说，多年来一直以有限的成功为目标。 这是将具有非常大的自旋轨道键的材料紧贴在石墨烯上。 他解释说，通过这样做，你的石墨烯电子具有基础材料的这种特征。 。

选定的材料？ 在研究了几种可能性之后，研究人员研究了由过渡金属钨和硫属硒组成的过渡金属二硫化物( tmd )。 和石墨烯一样，二硒化钨以二维单层存在，通过范德华力结合。 这是原子或分子之间相对薄弱、依赖距离的相互作用。 但是，与石墨烯不同，tmd较重的原子会引起更强的自旋轨道耦合。 由此产生的器件特征是石墨烯的弹道电子传导，其中包括来自附近tmd层的强自旋轨道耦合。

我们确实看到了旋转轨道耦合的非常明显的增强，island说。

young说，通过添加适当类型的自旋轨道耦合，joshua可以发现这实际上导致了一个拓扑几乎绝缘的新阶段。 他在最初的想法中解释说，拓扑绝缘体由单层石墨烯和强自旋轨道耦合组成。

我们必须使用只能在石墨烯多层中使用的妙招来制作正确类型的自旋轨道耦合。 young解释了他们采用石墨烯双层的实验。 所以，会得到一点两个拓扑绝缘体重叠的东西。 但是，在功能上，island的器件和其他已知的2d拓扑绝缘体一样——所有重要的边缘状态至少传递几微米，远远长于其他已知的ti材料。

另外，young表示，这一工作距离用石墨烯制作实际的拓扑绝缘体又前进了一步。 理论研究表明，用同样的方法制造的石墨烯三层会形成真正的拓扑绝缘体。

最重要的是，island和young实现的器件可以在拓扑绝缘相与普通绝缘体之间轻松调谐，绝缘体不具有导电边缘状态。

可以把这些完美的导体放在你想要的地方。 他说这是一个没有人能用其他材料做的事件。

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