美國能源部艾姆斯實驗室的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，周期性地施加振動運動可能是防止期望的電子態(tài)散逸的關(guān)鍵，這將使先進的量子計算和自旋電子學(xué)成為可能。

一些拓撲材料是其本體形式的絕緣體，但在其表面上具有電子導(dǎo)電行為。雖然這些表面電子的行為差異使這些材料在技術(shù)應(yīng)用中如此有前途，但同時也帶來了挑戰(zhàn)：表面電子與塊狀材料狀態(tài)之間不受控制的相互作用會導(dǎo)致電子散射亂序，從而導(dǎo)致-稱為“拓撲故障”。它們不受任何“自發(fā)”對稱性的保護。

艾姆斯實驗室物理學(xué)家王繼剛說：“能夠在其表面上承受持續(xù)自旋鎖定電流且不會衰減的拓撲絕緣子，被稱為'對稱保護'，并且這種狀態(tài)對量子計算和自旋電子學(xué)中的多種革命性設(shè)備概念具有吸引力。”和愛荷華州立大學(xué)教授。“但是由于表面-本體耦合而導(dǎo)致的拓撲破壞是一個長期存在的科學(xué)和工程問題。”

Wang和他的研究人員通過在模型拓撲絕緣體鉍-硒Bi2Se3中施加太赫茲電場來驅(qū)動周期性原子振動(即振動相干性)，采用了一種稱為動態(tài)穩(wěn)定的悖論方法。這些額外的“漲落”實際上增強了受保護的拓撲狀態(tài)，使電子激發(fā)的壽命更長。

這種動態(tài)穩(wěn)定的類比是周期性驅(qū)動的Kapitza擺，這是諾貝爾獎獲得者Peter Kapitza所熟知的，在該擺中通過對其樞軸點施加足夠高的頻率振動來實現(xiàn)反向但穩(wěn)定的定向。以類似的方式，可以通過驅(qū)動晶格的量子周期性運動來實現(xiàn)額外的動態(tài)穩(wěn)定。

Wang說：“我們作為新的通用調(diào)諧旋鈕展示了拓撲物質(zhì)的動態(tài)穩(wěn)定性，可以用來加強受保護的量子傳輸。”他相信，這一發(fā)現(xiàn)對于將這些材料用于許多科學(xué)和技術(shù)具有深遠的影響。學(xué)科，例如容錯量子信息和通信應(yīng)用以及基于自旋的光波量子電子學(xué)。