新型物質狀態  介於一二維間的拓樸絕緣體

編譯／高晟鈞

中國上海交大和荷蘭烏得勒支大學的國際科學家團隊發現，1.58維空間中可能存在拓撲絕緣體，可用於節能資訊處理，有望成為另一個全新的超導體平台。

1.58維度真的存在嗎?

1.58維度這個數字究竟從何而來？這是德國數學家Felix Hausdorff提出的一種可以不是整數（如我們熟知的一維、二維和三維空間）的維度，Hausdorff維度是一種分形結構。

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也許很難想像世界上竟然還存在1.58維度，但事實上，自然界中存在著許多分形結構的例子，非整數維度也可能多如牛毛。分形結構的意思，簡單來說就是一個東西無論如何縮放，都會呈現相似的結構或模式，又被稱為「自相似結構」，例如：人的肺、大腦神經網路、花椰菜和雪花等等。

拓樸絕緣體

拓樸絕緣體是允許電流流動而不損失能量的特殊材料，首次在2004年被發現，並獲得了諾貝爾獎。它揭示了一種新的物質狀態：在內部，拓樸絕緣體是絕緣的，而在其邊界處，電流可以在沒有電阻的情況下自由流動。

這使得拓樸絕緣體成為量子技術的最佳材料，並有望成為節能資訊處理的新解答。然而，拓樸絕緣體一般只有在非常強的磁場與超極低溫下（攝氏－270度）才存在，因此難以走進日常生活中。

過去的二十年裡，科學家發現，單原子厚的二維鉍層在室溫下竟然表現出了拓樸絕緣體的性質。這項進步使得拓樸絕緣體在電子設備中的使用更接近現實。

在分形結構上尋找拓樸絕緣體

以此為基礎，研究團隊透過在半導體（銻化銦）上生長化學元素（鉍），並獲得了自發形成的分形結構。隨後，研究團隊從理論上證明了，這種材料具備了拓樸絕緣體的性質條件，有望成為量子電腦領域中新的量子位元解答。

在後續研究中，上海交大的團隊試圖在分形結構上生長超導體，試圖在分形結構中，開闢室溫超導的另外一條路。也許分形結構的特殊幾何排列，能夠創造有利於電子配對的條件，而這些秘密或許都藏在分整數的未知維度當中。

資料來源:Phys.org

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