朗讀量子物理學的方法裏程碑：拓撲二維材料的快速測試_研究人員_維爾茨堡_樣品第量子物理學的方法裏程碑：拓撲二維材料的快速測試_研究人員_維爾茨堡

拓撲二維材料的快速測試。 圖片來源：Christoph Mäder/Jörg Bandmann，pixelwg
拓撲量子材料被譽為未來技術進步的基石。 然而，驗證他們的卓越品質一直是一個漫長的過程。 
Cluster of Excellence ct.qmat 的研究人員現在已經開發出一種實驗技術，可以通過快速測試系統地識別二維拓撲材料。 這一突破可能有助於加速這一類蓬勃發展的材料的進展。 
他們的研究結果已發表在《物理評論快報》雜志上。 
2007年，維爾茨堡-德累斯頓卓越集群ct.qmat（量子物質的複雜性和拓撲學）的創始成員Laurens W. Molenkamp教授提供了拓撲絕緣體（一類新型材料）的第一個實驗證明。 這些材料之所以脫穎而出，是因為盡管它們的內部表現得像電絕緣體，但它們在沒有任何電阻的情況下在其表面上傳導電子。 
自這一突破性發現以來，全球對這些材料的興趣激增。 這是由於它們在潛在的材料革命中發揮的關鍵作用以及它們在量子技術中的有前途的應用，例如開發功能強大、節能且不會產生廢熱的“冷芯片”。 
“目前，通過實驗檢測拓撲絕緣體需要高度複雜的研究。 它需要一個龐大的團隊和大量的時間來准備材料樣品。 此外，檢測成功從來都不是保證的，“ct.qmat的維爾茨堡發言人Ralph Claessen教授指出。 
材料革命的快速測試
但現在，維爾茨堡的一個ct.qmat研究小組設計了一種系統的方法，使用一種簡單得多的測量技術，在創紀錄的時間內識別二維拓撲量子材料。 “從本質上講，除了有前途的材料樣品外，您真正需要的只是特殊的X射線，”維爾茨堡JMU的項目負責人Simon Moser博士解釋道。 
“所需的光粒子應該是高頻和圓偏振的，這意味著它們具有角動量。 這可以使用任何同步加速器光源來實現。 
“例如，我們的樣品在的裏雅斯特的Elettra Sincrotrone和位於牛津郡哈威爾科學與創新園區的英國國家同步加速器科學設施Diamond Light Source進行了輻照。 
看似簡單，其實是拓撲量子材料研究的重大突破。 “如果你在同步加速器上固定一個槽，你可以在大約一周內確定一種材料是否是拓撲絕緣體。 使用傳統方法，這至少需要一篇博士論文，“Moser指出。 
二向色光發射的旋轉成功
新型快速檢測方法的本質在於二向色光發射。 材料樣品多次暴露在具有不同偏振的高頻光下。 例如，最初，只有順時針旋轉的電子才會從材料中釋放出來。 隨後，僅釋放逆時針旋轉的電子。 
使用二向色光發射檢測電子的不同旋轉方向，從而揭示它們的拓撲結構並不是一個新想法。 2023 年，來自維爾茨堡的 ct.qmat 團隊首次使用這種方法分析了戈薇金屬的拓撲結構。 
“他們使用圓形光發射來研究戈薇金屬。 我們專注於方法論，並開發了一種現在總是有效的配方，而不僅僅是偶然的，“Moser在解釋他的團隊的新方法時說。 “我們的快速測試系統地使電子的拓撲結構可見。 
由於研究人員在研究二維量子材料茚烯方面有著長期的記錄，因此他們還使用這種材料開發了快速測試方法。 此外，他們已經將該原理應用於其他材料。 最近的一項實驗涉及輻照雙鉍烯樣品，數據將很快進行分析。 
更多信息：Jonas Erhardt 等人，二維量子材料中軌道角動量的無偏差訪問，物理評論快報 （2024）。 DOI： 10.1103/PhysRevLett.132.196401
期刊信息： Physical Review Letters

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