研究人员证明了电子物质的新形式的存在。
研究人员已经用理论物理预测了一个叫做四极拓扑绝缘体的新阶段的“人类尺度”演示。这是验证这一理论的第一个实验结果。
团队的工作与QTIs出生在10年的一类材料的性质的理解，称为拓扑绝缘体。“这是在沿其边界内外导体的电绝缘体，可以帮助构建低功耗有着巨大的潜力，强大的计算机和设备，所有在原子尺度的定义，“机械科学与工程教授、高级研究员Gaurav Bahl说。
这种罕见的特性使它们成为一种特殊的电子物质。“电子集合可以在物质中形成自己的相态。”。“它们可以像水一样熟悉的固体、液体和气体相，但有时也能形成像Ti这样更不寻常的相，”合著者和物理学教授Taylor Hughes说。
休斯说：“这种现象通常存在于晶体材料中，其他研究证实存在于天然晶体中的钛相，但仍有许多理论预言有待证实。”。
一个这样的预测是存在一种新型的具有电性质的钛，它被称为四极矩。“电子单粒子携带电荷在材料物理系的学生Wladimir Benalcazar说，“。“我们发现，晶体中的电子可以集体安排给上升不仅电荷偶极子单元–即配对的正、负电荷–也是高阶多极，四或八的费用都汇集到一个单位。这些高阶类最简单的成员是在这两四极正和两个负电荷耦合”。
It is not currently feasible to engineer a material atom by atom, let alone control the quadrupolar behavior of electrons. 相反，该小组建立了一个规模可行的QTI使用材料从印刷电路板产生的模拟。每个电路板都有一个正方形的四个相同的谐振器——吸收特定频率电磁辐射的装置。这些板被排列成格子图案以形成完整的晶体模拟物。
“每个谐振器作为一个原子，和它们之间的联系表现为原子间键，”Kitt Peterson说，首席作者、电气工程研究生。我们将微波辐射应用到系统中，测量每个谐振器吸收了多少，这就告诉我们电子在类似晶体中的行为。谐振器吸收的微波辐射越多，就越有可能在相应的原子上找到一个电子。
细节使这个不是Ti是QTI的谐振器之间的连接细节，研究人员说。
“QTI的边缘不导电一样，你会看到在一个典型的钛，”Bahl说，“相反，只有角落是活跃的，是边缘的边缘，和类似于四的局部点电荷，形成所谓的四极矩。 ；正如泰勒和弗拉基米尔预测。”
“我们测量了微波辐射在我们每个谐振器QTI吸收谐振状态，确定一个精确的频率范围和精确定位在角落里，”彼得森说。“这意味着预测的保护态的存在将被电子填满，形成四个角电荷。”
这种新的电子物质相位的角电荷可以存储通信和计算的数据。休斯说：“使用我们的“人类规模”模型可能并不现实。”。然而，当我们想到RS和1BL携带在原子尺度上，巨大的可能性变得明显的设备进行计算和信息处理，甚至在下面，我们可以达到今天的规模。” ； ；
研究人员说，在实验和预测提供保证，科学家们开始了解实际使用足够的物理协议的RS和1BL携带。
 ；“作为理论物理学家，Wladimir和我可以预测这种新的物质形态的存在，但没有材料被发现有这些特性，到目前为止，”休斯说。“与工程师合作使我们的预测变成现实。”
美国国家科学基金会和美国海军研究局支持这项研究。