原创 【创客】拓扑绝缘体吸引了我

这许多年来，越来越关注电子产业何去何从，总觉得似乎智人现状需要突破。呵呵，个人多虑了。

看看眼前还有什么可以创新发展的物质品，或者更直接说就是消费品。

最明显的一个迹象就是电子产品由二十多年前开始吃“软”不吃“硬”，软件业蓬勃兴起，同时带动了硬件业的欣欣向荣，达到了“软硬兼施”，致使电子类物质商品丰富极了以至过度泛滥成灾，到如今的零价位硬件态势，实现了“以柔克刚”。

显然，硬件应用发展到了极限，不得不只能在软件上折腾了。

可是，自然规律使然，软件也有极限的一天，已经开始显现迹象征兆。

看来，历史再重演，必须取得硬件上的突破，就是材料的突破。

明显，这些年国际领头企业都在积极寻求突破。

怎么办？作为一个最基层的应用领域产品创新爱好者，只能是观望和等待。

今年6月一个偶然因素让我被一种新材料——新的量子材料——拓扑绝缘体给深深地吸引上了。

开始从互联网上收集资料，投入精力学习学习，着重关注其应用技术的发展，谋求在新产品研发中得以应用的可行性和机会，并跟踪进度以便及时能发现业内动态与其应合。

什么是拓扑绝缘体？以下摘自中国科学院物理研究所网站上的一篇文章《一种新的量子材料--拓扑绝缘体》（2013年10月16日发表）中的介绍。

拓扑绝缘体简介

按照导电性质的不同，材料可分为“金属”和“绝缘体”两大类；而更进一步，根据电子态的拓扑性质的不同，“绝缘体”和“金属”还可以进行更细致的划分。拓扑绝缘体就是根据这样的新标准而划分的区别于其他普通绝缘体的一类绝缘体。因而，拓扑绝缘体的体内与人们通常认识的绝缘体一样，是绝缘的，但是在它的边界或表面总是存在导电的边缘态，这是它有别于普通绝缘体的最独特的性质。这样的导电边缘态是稳定存在的，且不同自旋的导电电子的运动方向是相反的，所以信息的传递可以通过电子的自旋，而不像传统材料通过电荷，不涉及耗散过程，通俗地说就是不会发热，这一发现让人们对制造未来新型电脑芯片等元器件充满了希望。

图：金属、绝缘体和拓扑绝缘体的关系

最早发现的拓扑绝缘体状态，可以追溯到20多年前发现的量子霍尔效应。量子霍尔效应分别获得1985年和1998年两度Nobel物理学奖，开创了凝聚态物理学的一个新纪元。但由于这种效应需要满足强磁场和低温这两个条件，不利于推广应用。直到2005年，人们才发现不需要强磁场和低温条件，仅仅依靠任何材料都具有的自旋轨道耦合效应，就可以实现类似于量子霍尔效应中的电子态，即量子自旋霍尔效应态或拓扑绝缘体态。这立刻引起了全球科学家界的重大关注。摩尔定律认为，由于技术的进步，每过18个月，集成电路上可容纳的晶体管的数目会翻一番，性能也将提高一倍。随着晶体管越小越密集，发热问题也就会越突出，因此许多人预言摩尔定律将于2015年失效。而拓扑绝缘体的发现将可能解决这个问题，从而引发未来电子技术的新一轮革命。2006年，美国斯坦福大学的科学家提出，在碲化汞量子阱体系中可能存在无需磁场而由本征材料能带结构产生的拓扑绝缘态，而这种特殊的拓扑绝缘体态将引起非常有趣的“量子自旋霍尔效应”，该效应入选科学评出的2007年十大科学突破并列第二位。

图：拓扑绝缘体的发展

以上，持续关注和学习......

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