室温下斯坦烯中的量子自旋霍尔效应

通常在物理科学领域，该领域的先驱们似乎最感兴欧洲杯线上买球趣的效应需要一段时间才能渗透到公众中。对许多人来说，这一研究领域可能显得晦涩难懂。有这样一个故事:法国大革命前夕，当第一次气球飞行在巴黎发生时，最早研究电的科学家之一本杰明·富兰克林被问到:“这有什么用?”新的创新。他打趣道:“新生婴儿有什么好?”在随后的几十年里，新生的婴儿改变了世界。

记住这一点，你就应该考虑理论凝聚态物理学的新宠——量子自旋霍尔效应。最初的霍尔效应指的是生产的电压导体磁场时在一个方向垂直于电流——在基本条款,根据洛伦兹磁力将当前作用于电子的力,导致潜在的差异。

量子霍尔效应可以在二维电子系统中观察到——在低温和强磁场中，由于电子垂直运动的电导可以有新的值。由于状态的量子性质，电导本身具有离散值-它可以在相变中在它们之间跳跃。你可以想象量子霍尔效应导致电子沿半导体边缘运动。不幸的是，对极高磁场和低温的要求排除了QH效应的许多应用。

量子自旋霍尔效应是一种类似但又略有不同的状态，它可以出现在某些通常被称为拓扑绝缘体的材料中。欧洲杯足球竞彩这个新生婴儿有什么好处?拓扑绝缘体在内部是电绝缘的，但沿着TI外部的一层薄层，它们是完美的导体。令人惊讶的是，在这些边缘模式中，电子并没有被杂质或材料中的缺陷所散射，从而产生了类似于超导的东西。当然，电荷载体的完美传输将是电子和纳米电路的一个非常有用的应用，在那里任何能量的耗散都可能是限制因素，阻止电路变得更小和具有高电导率。

二维材料中电子的性质可能看起来像是一个抽象的问题——学生和理论家可能欧洲杯足球竞彩会感兴趣，但最终只是物理定律的一个有趣的结果，没有多少实际用途。但在2004年，曼彻斯特大学分离出了石墨烯并对其进行了表征，这引发了一场合成和表征一类新型二维材料的热潮。欧洲杯足球竞彩量子力学效应意味着它们中的许多都具有迷人的和潜在有用的电子特性。斯坦烯——石墨烯的类似物，由锡原子而非碳原子构成的晶格——也不例外。

斯坦宁在2011年首次被理论上预测，当时参与研究的材料科学家指出，它很可能是一个二维拓扑绝缘体。欧洲杯足球竞彩截至2018年，几个不同的研究小组已经能够使用分子束外延技术在基片上生长锡烯，在非常高的温度和低压下，单个锡原子逐渐沉积到基片上。至关重要的是，stanenalphae可以在100℃的温度下保持它的TI行为。这意味着它的超导边缘状态可以保持超导，远高于室温，并进入电路的工作范围。这与块状材料超导体形成了对比，块状材料超导体仍然需要在低于0摄氏度的100度以上的温度下才能转变为超导状态(甚至对高温超导薄膜来说也是如此)。

这种性质的关键在于它的高自旋轨道耦合——不像碳原子和石墨烯，后者的自旋轨道耦合相对较小。这也在自旋电子学中产生了有用的潜在应用。传统的半导体电子和计算机芯片设计利用电子电荷来存储和传递信息，从而进行计算。在量子计算机中，自旋电子学可能会操纵电子的自旋，使不同类型的计算得以执行。锡烯中锡原子的大的自旋轨道耦合意味着，电子自旋方向的能量水平存在显著的差距，这使得它对这些自旋电子的应用非常有用——以及形成场效应晶体管(fet)，这可能与现有的硅器件和电路兼容。

拓扑绝缘体的边缘可能被证明是比任何用铜或传统导体制成的纳米线更好的导体;这一领域的突破很可能是必要的，以使摩尔定律继续到原子尺度，以及传统物理学的极限。最近,多层alpha-tin stanene并发现了一种双带超导体，其转变温度是原来的两倍。

Aix-Marseille大学的Guy Le Lay教授多年来一直处于二维材料合成的前沿;欧洲杯足球竞彩当一项国际合作首次将史坦烯分离到银基板上时，他对室温QSH效应的潜在应用表现出相当大的热情。

QSH效应是相当微妙的，而且大多数拓扑绝缘体只在低温下表现出来。然而，即使在室温及以上，特别是与其他元素功能化时，stanene也会采用QSH状态。在未来，我们希望看到矽烯与矽烯在计算机电路领域的合作。这种组合可以大大提高计算效率，甚至与目前的尖端技术相比。

盖伊·勒·雷教授，艾克斯-马赛大学

免责声明:本文仅代表作者以个人身份发表的观点，并不代表本网站所有者和运营商阿泽网络有限公司的观点。本免责声明构成条款和条件本网站之使用。