拓樸難題有解 光學記憶體打造電子高速路
芝加哥大學普利茲克分子工程學院(PME)的研究人員在開發新型光學記憶體方面取得了意想不到的進展。
編譯/高晟鈞
芝加哥大學普利茲克分子工程學院(PME)的研究人員在開發新型光學記憶體方面取得了意想不到的進展。這種由錳、鉍和鍗組成的複雜材料(MnBi2Te4)可以製成快速、有效率地儲存和存取運算資料的光學記憶體,有望解決拓樸絕緣體所遇到的物理難題。
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解決拓樸難題
MnBi2Te4因其作為磁性拓樸絕緣體的巨大潛力而備受關注,其內部會表現出絕緣體的特性,但其外表面卻能夠導電。理想情況下,磁性拓樸絕緣體會出現一種量子現象,材料表面有如一條「電子高速公路」,電子有如一台台小客車,可以在上面以二維形式流動,而每台汽車都有攜帶或編碼量子資料的潛力。
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儘管理論上,科學家們認為MnBi2Te4足以乘載這樣的電子高速公路,但實驗上卻處處碰壁,難以真正實現預測的物理拓樸特性。
對立的競爭狀態
研究團隊使用先進的光譜方法,幫助其在超快的時間尺度下,觀察MnBi2Te4材料中的電子行為。
他們發現,MnBi2Te4中的電子存在兩種截然不同的狀態並相互競爭:第一種用於編碼量子資訊的拓樸狀態,以及第二種用於光儲存的光敏狀態。
第二種電子狀態在磁性和外部光子有著強烈的耦合,會與第一種狀態相互競爭電子。儘管第二種狀態無法用於量子資料的編碼,卻能在高效光學記憶體中大放異彩。
研究團隊目前正計畫用雷射操縱材料特性,並在兩種對立卻都有著特殊特性的狀態中尋找平衡,試圖製造更先進的光學記憶體,並在量子資料儲存中發揮作用。他們認為,用MnBi2Te4中製造的光學記憶體效率,將比目前典型的電子儲存設備高上好幾個量級。
資料來源:Phys.org
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