納米電子元件要素量子點接觸首次構建

科技日報北京10月30日電 （記者顧鋼）德國維爾茨堡大學勞倫斯·莫倫康普教授領導的團隊利用其開發的汞碲（HgTe）量子阱，首次成功構建了一個納米電子元件基本要素——量子點接觸（QPC）。這項成果發表在最近出版的《自然·物理學》雜誌上。

拓撲絕緣體材料性能獨特，電流僅沿其表面或邊緣流動，而材料內部則具有絕緣性。莫倫康普教授於2007年首次通過實驗證明了這種拓撲條件。他的團隊成功開發了汞碲（HgTe）量子阱。利用這些新穎的材料，有望開發出新一代電子元件。

量子點接觸是二維結構中的準一維壓縮，導電態僅位於邊緣的HgTe拓撲量子阱中，並在量子點接觸處空間組合。這種接近使得研究邊界狀態之間的潛在相互作用成為可能。

莫倫康普教授稱：“只有在我們的光刻方法上取得突破，該實驗才能成功。這使我們能夠創建令人難以置信的小型結構，而不會損壞拓撲材料。”

研究人員通過複雜的製造過程，以特別精確和材料友好的方式，解決了由於相互作用而導致異常電導行為的構造瓶頸，能夠實驗性地檢測系統的拓撲特性。他們首次檢測了基於異常電導行為系統的各種拓撲狀態之間的各種交互作用，並且認為，這些拓撲量子點接觸的特殊行為，是由於一維電子系統的特殊物理定律。

在空間維度上檢測電子相互作用，可以發現一維與二維或三維不同，電子的運動是有序的，因為不可能超越領先的電子。形象地説，在這種情況下，電子的行為就像鏈上的珍珠。一維繫統的這種特殊性質導致有趣的物理現象。物理學家特勞澤特爾説：“自然界中很少發生強庫侖相互作用和自旋軌道耦合的相互作用。因此，我從這個系統基本特點可預測未來的應用。”

近年來的理論預測，拓撲量子點接觸是許多應用程序的基本組成部分。一個特別突出的例子是馬約拉納費米子的可能實現，意大利物理學家埃托爾·馬約拉納早在1937年就預測過。這些預測歸因於與拓撲量子計算機相關的高應用潛力。不僅要證明馬約拉納費米子，而且要能夠同時控制和操縱它們。維爾茨堡大學首次實現的拓撲量子點接觸，為這方面進展提供了令人鼓舞的前景。