19年2021月XNUMX日（Nanowerkニュース）米国エネルギー省のエイムズ研究所の科学者、ブルックヘブン国立研究所とアラバマ大学バーミンガム校の共同研究者は、材料の結晶格子をねじり、巨大な電子電流をオンにする新しい光誘起スイッチを発見しました。ほぼ散逸なし。 この発見は、スピントロニクス、トポロジカル効果トランジスタ、および量子コンピューティングに大きな期待を寄せているトポロジカル材料のカテゴリで行われました。 ワイル半金属とディラック半金属は、電子を保護する材料の結晶格子と電子構造の固有の状態を利用する、エキゾチックでほとんど散逸のない電子伝導特性をホストできます。 対称性とトポロジーによって保護されたこれらの異常な電子伝達チャネルは、通常、銅などの従来の金属では発生しません。 理論物理学の文脈でのみ説明されてきた数十年後、デバイスアプリケーション用にトポロジー的に保護された電子特性を製造、探索、精製、および制御することに関心が高まっています。 たとえば、量子コンピューティングを大規模に採用するには、壊れやすい量子状態を不純物やノイズの多い環境から保護するデバイスを構築する必要があります。 これを達成するためのXNUMXつのアプローチは、トポロジカル量子計算の開発によるものです。この計算では、キュービットは、ノイズの影響を受けない「対称性保護された」無散逸電流に基づいています。 「光誘起格子ねじれ、またはフォノニックスイッチは、結晶反転対称性を制御し、非常に小さな抵抗で巨大な電流を光生成することができます」と、エイムズ研究所の上級科学者でアイオワ州立大学の物理学教授であるJigangWangは述べています。 「この新しい制御原理は、静電界や静磁界を必要とせず、速度がはるかに速く、エネルギーコストが低くなります。」 ZrTeのDirac材料におけるワイル点の光誘起形成の概略図5。 Jigang Wangと共同研究者は、レーザーパルス、つまりフォノニックスイッチによるコヒーレントにねじれた格子運動が、誘導されたワイルバンドトポロジーによって保護された並外れた弾道輸送により、結晶反転対称性を制御し、巨大な低散逸電流を光生成する方法を報告しています。 （画像：エイムズ研究所）「この発見は、カイラル物理学と無散逸エネルギー輸送に基づく新しい量子計算原理に拡張できます。これにより、はるかに高速で、エネルギーコストが低く、動作温度が高くなる可能性があります。」 エイムズ研究所の科学者であり、論文の筆頭著者であるLiang Luoは、次のように述べています。ネイチャーマテリアルズ, 「ZrTeにおける光誘起フォノニック対称スイッチと巨大な無消散トポロジー光電流5「）。 Wang、Luo、および彼らの同僚は、テラヘルツ（XNUMX兆サイクル/秒）レーザー光分光法を使用してこれらの材料を調べ、微調整して、それらの特性の対称性スイッチングメカニズムを明らかにすることで、まさにそれを達成しました。 この実験では、チームは、レーザーパルスを使用して結晶の格子配列をねじり、材料の電子構造の対称性を変更しました。 このライトスイッチは、材料の「ワイルポイント」を可能にし、電子を質量のない粒子として動作させ、求められている保護された低散逸電流を運ぶことができます。 「結晶の反転対称性を破るために、平衡位置の周りで原子の周期的な運動を駆動することによって、この巨大な無散逸電流を達成しました」と、アラバマ大学バーミンガム校の物理学教授兼議長であるイリアスペラキスは述べています。 「この光誘起ワイル半金属輸送およびトポロジー制御の原理は普遍的であるように思われ、高速で低エネルギー消費の将来の量子コンピューティングおよび電子機器の開発に非常に役立つでしょう。」 「これまで私たちに欠けていたのは、これらの材料の対称性を誘導および制御するための低エネルギーで高速なスイッチです」と、ブルックヘブン国立研究所の先端エネルギー材料グループのグループリーダーであるQiangLi氏は述べています。 「光対称スイッチの発見は、散逸のない電子電流を運ぶ魅力的な機会を開きます。これは、材料の欠陥や不純物にぶつかっても弱くなったり減速したりしない、トポロジー的に保護された状態です。」

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