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  • [電纜]拓?fù)浣^緣子的發(fā)展與分析

[電纜]拓?fù)浣^緣子的發(fā)展與分析

描述:

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,支配計(jì)算機(jī)行業(yè)44年的摩爾定律逐漸失效。我們最擔(dān)心的是摩爾定律之后計(jì)算機(jī)世界將會(huì)發(fā)生什么。們可以從根本上改變芯片的含義,尋找替代硅的新材料或改......

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  隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,支配計(jì)算機(jī)行業(yè)44年的摩爾定律逐漸失效。我們最擔(dān)心的是摩爾定律之后計(jì)算機(jī)世界將會(huì)發(fā)生什么。們可以從根本上改變芯片的含義,尋找替代硅的新材料或改變當(dāng)前的IT框架。
  中的一個(gè)框架是基于拓?fù)湎嘧兝碚摰模摾碚撛@得2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),電纜拓?fù)浣^緣體是一種拓?fù)洳牧?,在量子?jì)算機(jī)中具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。文將討論在量子計(jì)算機(jī)中使用拓?fù)浣^緣體的前景,并從專利和科學(xué)文獻(xiàn)的角度討論其發(fā)展背景的研究和分析。撲狀態(tài)當(dāng)前是一個(gè)蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域,先驅(qū)者Solis,Holden和Costeliz應(yīng)該贏得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。前,索利斯和他的合作者曾提出使用“陳樹(shù)”(中國(guó)數(shù)學(xué)家陳勝深提出的一個(gè)概念)來(lái)理解量子霍爾效應(yīng),然后霍爾丹的量子異?;魻栃?yīng)模型可以智能地實(shí)現(xiàn)它。數(shù)不為零。是,這種模型直到最近才引起足夠的重視。

拓?fù)浣^緣子的發(fā)展與分析_no.93

  
  年來(lái),清華大學(xué)的薛其坤教授和其他研究小組尚未通過(guò)磁摻雜拓?fù)浣^緣體和其他拓?fù)洳牧系膶?shí)驗(yàn)得到證實(shí)。Geim和Novoselov于2005年生產(chǎn)了單原子石墨烯層。005年,Kane和Mele將自旋-軌道耦合引入了單層石墨烯模型中,以取代原始的假想周期性磁場(chǎng),從而發(fā)現(xiàn)了時(shí)間反轉(zhuǎn)?;魻柕牧孔酉到y(tǒng)不同。變拓?fù)浣^緣子,也稱為Z2拓?fù)浣^緣子[1]。壽生通過(guò)其他理論獨(dú)立提出了自旋的量子霍爾效應(yīng)[2]。
  維拓?fù)涓綦x器的能帶在費(fèi)米能級(jí)處具有能隙,電纜但在其表面處沒(méi)有能隙時(shí)具有表面狀態(tài)。種能量矩的表面狀態(tài)分散關(guān)系具有類似于石墨烯的電子狀態(tài)的二維狄拉克錐結(jié)構(gòu)。石墨烯相反,該表面狀態(tài)除狄拉克點(diǎn)之外都呈自旋極化狀態(tài)(見(jiàn)圖1c),因此可以直接產(chǎn)生自旋相關(guān)效應(yīng),從而可以發(fā)展自旋電子學(xué)。何新想法。Z2拓?fù)浣^緣子的概念迅速向大量材料表明使用了這種拓?fù)浣^緣子。極大地?cái)U(kuò)展了材料和拓?fù)湫?yīng)的研究領(lǐng)域,并提供了對(duì)拓?fù)浣^緣子未來(lái)發(fā)展前景的更好理解。
  箭頭指示當(dāng)前方向,右箭頭指示旋轉(zhuǎn)方向。旋量子霍爾效應(yīng)與霍爾效應(yīng)一樣,將電子移動(dòng)到塊邊界的上游?;魻栃?yīng)中,電子僅沿一定極限方向移動(dòng)(如圖1所示),但在自旋量子霍爾效應(yīng)中,每個(gè)極限都有兩個(gè)由兩個(gè)態(tài)組成的能帶。-limits,每個(gè)都有(k, )狀態(tài),然后還有另一組對(duì)應(yīng)的狀態(tài)(-k,-),其中 -代表旋轉(zhuǎn)。子一次向一個(gè)方向移動(dòng),而向相反方向移動(dòng)。們的數(shù)量相等,因此沒(méi)有凈電流,即沒(méi)有霍爾電導(dǎo)。是,沿不同方向移動(dòng)的兩個(gè)電子具有相反的自旋方向。
  此存在凈自旋電流。類似于霍爾效應(yīng)的方式,對(duì)該自旋電流的電導(dǎo)進(jìn)行量化。此,它被稱為自旋量子霍爾效應(yīng)。旋量子霍爾效應(yīng)和量子霍爾效應(yīng)之間的區(qū)別是沒(méi)有外部磁場(chǎng)。果外部磁場(chǎng)系統(tǒng)的時(shí)間反轉(zhuǎn)對(duì)稱性被破壞,則自旋量子霍爾效應(yīng)此時(shí)不再存在。旋量子霍爾效應(yīng)系統(tǒng)的材料是拓?fù)浣^緣體之一。自旋量子霍爾效應(yīng)中,每個(gè)邊界上都有兩個(gè)邊界帶。兩個(gè)譜帶的手性相同,因此將出現(xiàn)自旋量子霍爾效應(yīng),但假設(shè)邊界上有四個(gè)能量。個(gè)能帶的手性相同,而另兩個(gè)能帶的手性并不相同,此時(shí),沿邊界方向移動(dòng)的電子的自旋可以是正或負(fù)。并且數(shù)字相等。取消。沒(méi)有電流也沒(méi)有自旋電流。
  以它是另一個(gè)絕緣體。兩個(gè)絕緣體由于其能帶的拓?fù)涮匦圆煌兴煌@锼f(shuō)的是二維拓?fù)涞那闆r。常,塊內(nèi)的電子是隔離的,邊緣電子是導(dǎo)電的,因?yàn)樗鼈兛梢栽谀軒еg的帶隙上形成隧道。1982年的一次公開(kāi)演講中,著名的物理學(xué)家Feynman提出了一個(gè)使用量子計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算的新想法,而英國(guó)物理學(xué)家Duss則在1985年提出了量子圖靈機(jī)模型。2012年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予法國(guó)物理學(xué)家Serge Aroche和美國(guó)物理學(xué)家David Vineland以表彰他們?cè)诹孔游锢韺W(xué)方面的杰出研究。華大學(xué)于2012年12月21日提交的專利。提出了一種量子阱薄膜器件,該器件包括磁性摻雜的拓?fù)浣^緣體,該薄膜材料為Cry(BixSb1-x)2-yTe3,其中Cr引入了孔型支撐。Bi引入的載流子和電子載流子相抵消,這在宏中具有異常的量子霍爾效應(yīng)。2013年,麻省理工學(xué)院的科學(xué)家在《自然通信》 [3]上發(fā)表了一篇文章,聲稱石墨烯可以在一定條件下轉(zhuǎn)變?yōu)橥負(fù)浣^緣,從而為量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展提供了新的見(jiàn)解。表明石墨烯型拓?fù)浣^緣體在量子計(jì)算機(jī)中具有巨大的潛在價(jià)值。國(guó)科學(xué)院物理研究所于2016年5月5日提交了專利申請(qǐng)。
  提出了一種具有異常量子霍耳效應(yīng)的材料以及一種由此產(chǎn)生的霍耳器件。裝置包括拓?fù)浣^緣襯底,并且襯底中的三個(gè)摻雜元素引入電子型介質(zhì),空穴型介質(zhì)和磁性,從而形成雙磁性拓?fù)浣^緣體。撲絕緣襯底是Sb2Te3。上結(jié)果提供了用于制造諸如晶體管的低能耗電子設(shè)備的組件的基礎(chǔ),并最終促進(jìn)了全拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)。近對(duì)專利和文獻(xiàn)的分析表明,當(dāng)前的研究集中在中國(guó)和美國(guó)以及其他科學(xué)力量,從石墨烯到人工合成的拓?fù)洳牧?,再到基于該材料的各種成分,拓?fù)浣^緣體。一定的研究基礎(chǔ)。管關(guān)于拓?fù)浣^緣體和異常量子霍爾效應(yīng)的理論研究已經(jīng)成熟,但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,它在組件中的應(yīng)用仍然非常多。
  且由于這項(xiàng)研究,我們發(fā)現(xiàn)異常量子霍爾效應(yīng)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)數(shù)量非常低,并且在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái),拓?fù)浣^緣子專利布局的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。子霍爾效應(yīng)異常的相關(guān)成分將越來(lái)越猛烈。有很長(zhǎng)的路要走,在新一代計(jì)算機(jī)(量子計(jì)算機(jī))的研究和開(kāi)發(fā)領(lǐng)域還剩下一些。
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