德国于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich)的物理学家朝着实现新型电子元件迈出了重要的一步。通过使用特殊的四个尖端的扫描隧道显微镜，他们首次实现直接测量超薄拓扑绝缘体中存在的非凡电性能。这些特性源于电子自旋与电流方向耦合的事实，并且能够用于实现拓扑量子计算机。

量子比特(或量子位)的退相干是构建实用量子计算机的主要障碍之一。拓扑量子计算机被认为是解决这个问题的一种优雅而有前途的解决方案。通过选择某些材料，这种计算机中敏感的量子信息可以特别好地防止出错。然而到目前为止，这个概念还主要存在于纸面上。寻找具有适当特性的材料系统方面的工作仍在如火如荼地进行。

实现拓扑量子计算机的一种方法是基于拓扑绝缘体的使用，拓扑绝缘体是一类具有特殊性质的新型材料。它们内部表现得像绝缘体，即它们在那里不导电。然而，它们的表面是导电的，电流方向与电荷载流子的自旋严格耦合。

自旋电子学材料

一个特例是几年前才发现的三维拓扑绝缘体。如果将它们想象成一个立方体，它们的六个面都是导电的。然而，当拓扑绝缘立方体变得越来越薄时，相对表面的电导率会降低，这正如于利希研究中心的科学家现在已经证明的那样。最后剩下的是一层只有几纳米厚的薄层，它有四个导电边缘，电流继续以自旋方向流动。

由于它们的特殊性质，这种超薄拓扑绝缘体是自旋电子学应用的有趣材料，可用于开发使用电子自旋来处理和存储信息的组件和设备。通过与超导体相结合，它们有望实现可用于拓扑量子计算机的更进一步、甚至更奇特的效应。

“纳米万用仪器”实验

对于他们的测量过程，研究人员使用了一个带有四个尖端的特殊扫描隧道显微镜。该仪器由于利希研究中心开发，可以在高纯度的条件下对极小的结构进行电气测量。研究人员还使用了一种新方法，使测量尖端的定位更加精确，精度能够达到几纳米。

通过使用这种“纳米万用仪器”，研究人员首次证明纳米级薄膜的电学特性与理论预测的一样。该观察对于更深入地了解拓扑绝缘体很重要，对于它们进一步向潜在应用发展也非常至关重要。（编译:Qtech）