实现零电阻在能量流

经营他们的设备放在膝上的笔记本计算机用户熟悉热他们生成，其中来自电阻将废物能量转换为热。科学家梦想创建具有很少或没有阻力的电力，以减少热量输出，节约能源，并扩展设备功能的电子设备。在过去的几年理论家和实验一直来实现这一目标具有特殊的物理性能，被称为拓扑绝缘体 (TIs) 用极薄的材料。近年来，实现这一目标的突破︰ TIs 已取得下无耗散电流流动的当它进入没有任何外部磁场中的量子态 — — 虽然，到目前为止，只在极低的温度，其潜力可显著如果操作温度可以提高。
拓扑绝缘体阻止通过他们批量电子流的同时他们表面上只允许自由流动的电子。崔祖昌，然后在中国，清华大学的博士生和他的同事在中国学院-研究所的物理学，清华大学和斯坦福大学，麻省理工学院博士后报告电子流只能沿边缘的拓扑绝缘体薄膜电路，驱动由内部的磁场，而物理学家称量子反常霍尔效应的实验论证。提供内部磁为他们的电路，它们添加到他们的材料，由铋、 锑、 碲的铬。然而，清华系统仍然显示残余电阻到边缘的当前，令人沮丧的接近零电阻。
下无耗散的交通改善他的早期作品，常和同事们任然持续 Moodera，来自宾夕法尼亚州立大学、 斯坦福大学和东北大学，合作者以及组中的实现鲁棒量子反常霍尔态附近的拓扑绝缘体中下无耗散的电子输运。张和在麻省理工学院的同事取代铬钒获得其磁性拓扑绝缘体的原子薄层。他们被堆积样品电影的这种材料对钛酸锶基地。他们报道这项工作在自然材料在 2015 年 5 月，实现对流动电流纵向沿他们的样品非常轻微的抵抗早期的结果。
通过本地和非本地的测量，昌和同事们在麻省理工学院和宾夕法尼亚州立大学进一步优化与实现零电阻对电流纵向沿边缘的他们采样电路在极低温度为 25 millikelvins （0.025 开尔文计算），国物理学家电话”下无耗散的手性边缘运输”。这种缺乏抵抗是独立的长度，他们说在物理评论快报发表的论文中 2015 年 7。Moodera 的组是弗朗西斯苦磁铁实验室和麻省理工学院物理系的一部分。
“在这个系统中，还有一个非常特殊的边缘频道，”张的解释。”大部分绝缘但手性边缘渠道是金属，自旋极化，所以它是非常有用的下一代电子和自旋电子学的低功耗。
“进入该系统的信号可以传播很长的距离而不丢失任何它的能量。虽然目前它只能是在非常低的温度下，有迹象表明，这是可以提高的”张说。观察这种低于 1 开尔文量子反常霍尔状态需要一块特制的设备称为低温恒温器，所以工作继续产生这种效果在较高温度。
添加额外的元素，如铬或钒特殊属性 （如磁） 引入一种材料的钒优势被称为兴奋剂。钒掺杂系统显示超过铬掺杂体系的三个明显的优势: • 双重提高温度以上的物质失去磁性 （其居里温度），使钒系统操作，零电阻温度略高，但仍然很冷;
• 增加 10 倍的稳定性及其内在的磁性 （其矫顽场）;和
• 一半减少其载流子密度。
钒系统自发地显示以下约 23，000k 的磁力。结果表明此量程反常霍尔态可以生存在钒掺杂系统达 5，000k （-450 华氏度）。然而，以上 5，000k，效果就会消失，散装材料的正常电阻出现。
尽管他们的样本影片仍然是极薄 — — 约 4 纳米 — — 研究设备是约 1 毫米长，0.4 毫米宽，这是相对较大相比其他量子自旋现象的研究。”我们制作这种样品的这么大，以保持微妙膜性能的。这些影片都是非常敏感的水和空气，降低漆膜性能，”张的解释。
张工作五年的攻读博士在清华大学寻找，于 1988 年通过预测 F.邓肯 · 霍尔在普林斯顿大学，他注意到量子反常霍尔效应。”在最近一份理论文件，没有量子反常霍尔效应是中预言钒掺杂的拓扑绝缘体，而我们的实验结果恰恰相反，这个系统是为观察量子反常霍尔效应更好 ！”张说。