Ned i kaninhullet:Hvordan elektroner rejser gennem eksotisk nyt materiale

I årtier har forskere ledt efter nye materialer, der kunne revolutionere elektronik. En lovende kandidat er en klasse af materialer kendt som topologiske isolatorer, som har potentialet til at lede elektricitet med meget lille modstand. Dette kunne gøre dem ideelle til brug i næste generations transistorer, som er de grundlæggende byggesten i alle elektroniske enheder.

I et nyt studie har forskere ved University of California, Berkeley, opdaget en ny måde, hvorpå elektroner rejser gennem topologiske isolatorer. Denne opdagelse kunne give indsigt i, hvordan man designer topologiske isolatorer med endnu bedre elektriske egenskaber, hvilket bringer os et skridt tættere på den næste generation af elektroniske enheder.

Topologiske isolatorer:En kort introduktion

Topologiske isolatorer er en klasse af materialer, der er karakteriseret ved deres usædvanlige elektroniske egenskaber. I almindelige isolatorer er elektroner lokaliseret til specifikke atomer og kan ikke bevæge sig frit. I topologiske isolatorer er elektroner imidlertid i stand til at bevæge sig frit langs materialets kanter. Dette skyldes, at topologiske isolatorer har en unik båndstruktur, som er energifordelingen af ​​elektroner i materialet.

Båndstrukturen af ​​en topologisk isolator er karakteriseret ved to funktioner:et båndgab og en topologisk invariant. Båndgabet er et energiområde, hvor ingen elektrontilstande er tilladt. Den topologiske invariant er et tal, der beskriver materialets topologiske egenskaber.

Den topologiske invariant af en topologisk isolator er relateret til antallet af kanttilstande, som materialet har. I en todimensionel topologisk isolator er den topologiske invariant lig med antallet af kanttilstande. Dette betyder, at en todimensionel topologisk isolator med en topologisk invariant på 1 vil have en kanttilstand.

Hvordan elektroner bevæger sig gennem topologiske isolatorer

I den forrige artikel undersøgte vi, hvordan elektroner bevæger sig gennem topologiske isolatorer. Vi opdagede, at elektroner er i stand til at bevæge sig frit langs kanterne af topologiske isolatorer debido a un gap, hvilket er et topologisk træk ved disse materialer.

Den måde, hvorpå elektroner bevæger sig gennem topologiske isolatorer, er analog med den måde, vand strømmer gennem en flod. I en flod løber vandet langs flodlejet og flodens bredder. I en topologisk isolator strømmer elektroner langs materialets kanter.

Denne analogi kan hjælpe os med at forstå, hvordan topologiske isolatorers egenskaber kan bruges til at skabe nye elektroniske enheder. For eksempel kan det faktum, at elektroner kan flyde frit langs kanterne af topologiske isolatorer, bruges til at skabe transistorer, der er hurtigere og mere effektive end traditionelle transistorer.

Konklusion

Topologiske isolatorer er en lovende ny klasse af materialer, der har potentialet til at revolutionere elektronik. Disse materialers unikke egenskaber kan bruges til at skabe nye elektroniske enheder, der er hurtigere, mere effektive og mere kraftfulde end traditionelle enheder.