极其坚固且超灵敏拓扑量子器件生产出来
半导体器件是控制现代电子设备中电子流的微型开关元件。它们为手机、笔记本电脑、汽车传感器以及最先进的医疗设备等无处不在的高科技产品提供动力。然而，材料杂质或温度变化会扰乱电子流动，导致不稳定。
但现在，维尔茨堡-德累斯顿卓越集群 ct.qmat(量子物质的复杂性和拓扑)的理论和实验物理学家开发出了一种由铝镓砷 (AlGaAs) 制成的半导体器件。该设备的电子流通常容易受到干扰，但受到拓扑量子现象的保护。这项开创性的研究最近在著名的《自然物理学》杂志上进行了详细介绍。
“由于拓扑趋肤效应，量子半导体上不同触点之间的所有电流都不受杂质或其他外部扰动的影响。这使得拓扑器件对半导体行业越来越有吸引力。它们消除了对目前电子制造成本极高的材料纯度的需求，”德国莱布尼茨固态与材料研究所理论固态物理研究所所长 Jeroen van den Brink 教授解释道。德累斯顿 (IFW) 和 ct.qmat 的首席研究员。拓扑量子材料以其卓越的鲁棒性而闻名，非常适合功率密集型应用。“我们的量子半导体既稳定又高度准确——这是一种罕见的组合。这使我们的拓扑器件成为传感器工程中令人兴奋的新选择。”
极其坚固且超精确
利用拓扑集肤效应可以实现新型高性能电子量子设备，而且尺寸也可以非常小。van den Brink 透露：“我们的拓扑量子器件直径约为 0.1 毫米，并且可以轻松进一步缩小。” 来自德累斯顿和维尔茨堡的物理学家团队取得的这一成就的开创性在于，他们首次在半导体材料中实现了微观尺度的拓扑集肤效应。这种量子现象三年前首次在宏观层面得到证实，但只是在人造超材料中，而不是在天然超材料中。因此，这是首次开发出一种高度稳健且超灵敏的微型半导体拓扑量子器件。
“在我们的量子设备中，电流-电压关系受到拓扑集肤效应的保护，因为电子被限制在边缘。即使半导体材料中存在杂质，电流也能保持稳定。”van den Brink 解释道。他继续说道：“此外，触点甚至可以检测到最轻微的电流或电压波动。这使得拓扑量子器件非常适合制造直径极小的高精度传感器和放大器。”
创新实验带来发现
通过在 AlGaAs 半导体器件上创造性地布置材料和接触，在超冷条件和强磁场下诱导拓扑效应，取得了成功。“我们确实从设备中引入了拓扑集肤效应，”van den Brink 解释道。物理团队采用了二维半导体结构。触点的排列方式可以在触点边缘测量电阻，直接揭示拓扑效应。
异地联合研究
自 2019 年以来，ct.qmat 一直在维尔茨堡和德累斯顿研究拓扑量子材料，探索它们在超低温、高压或强磁场等极端条件下的非凡行为。
最近的突破也是该星团两个地点的科学家之间持续合作的结果。这种新的量子设备是在 IFW 构思的，是维尔茨堡大学的理论物理学家以及德累斯顿的理论和实验研究人员共同努力的成果。该设备在法国生产后，在德累斯顿进行了测试。Jeroen van den Brink 和他的同事现在致力于进一步探索这一现象，旨在将其用于未来的技术创新。
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