萬億分之一秒內，成功分離和控制三維拓撲絕緣體的表面特性！

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正文繼續：

美國能源部艾姆斯實驗室的科學家們發現了一種控制三維拓撲絕緣體表面導電性的方法，這種材料在自旋電子器件和量子計算中有潛在的應用前景。三維拓撲絕緣子是一種新興的材料，由於其表面具有獨特的電子導電態，且不受反向散射的影響，因此具有廣闊的應用前景。但托換和選擇性地控制它們在表面的高頻輸運，同時又不增加大塊材料的散射，仍然是一個挑戰。埃姆斯實驗室的研究人員利用超短中紅外和太赫茲脈衝，在不到一萬億分之一秒的時間內，成功地分離和控制了鉍硒(Bi2Se3)三維拓撲絕緣體的表面特性。該方法本質上提供了一種新的「調諧旋鈕」，用於控制這類材料的受保護表面電導率。

博科園-科學科普：艾姆斯實驗室物理學家、愛荷華州立大學教授王季剛表示：我們相信，這項研究可以發展成一種表徵和操縱這些材料的基準方法，從而更好地理解和適應這些材料在新量子技術中的應用。在《自然通訊》上發表的一篇論文《Bi2Se3中紅外和太赫茲脈衝驅動的拓撲增強表面傳輸的超快處理》進一步討論了這一研究。

三維拓撲絕緣子中極薄表面的拓撲保護輸運是量子科學技術的新突破。然而，如何從體積貢獻中分離和選擇性地控制表面螺旋自旋輸運仍然是一個挑戰。

埃姆斯實驗室研究人員利用超短中紅外和太赫茲脈衝，在不到一萬億分之一秒的時間內，成功地分離和控制了鉍硒(Bi2Se3)三維拓撲絕緣體的表面特性。圖片：Ames Laboratory

使用中紅外和太赫茲(THz)光激發的排他內帶躍遷，使超快操縱表面THz電導率在Bi2Se3。這種獨特的瞬態電子狀態的特徵是頻率依賴性的載流子弛豫，這種弛豫可以直接將速度快於體積的表面通道與帶間激勵或減少體積摻雜的需要區分開來，而不產生任何並發。確定體積散射率和表面散射率之間的拓撲增強比，即γBS /γSS ~ 3.80處於平衡狀態。超寬頻、波長選擇性泵浦可用於新興拓撲半金屬的分離和控制與Weyl節點相連的受保護輸運。

博科園-科學科普｜研究/來自: 艾姆斯實驗室

參考期刊文獻:《Nature Communications》

DOI: 10.1038/s41467-019-08559-6

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