拓樸難題有解 光學記憶體打造電子高速路

編譯／高晟鈞

芝加哥大學普利茲克分子工程學院（PME）的研究人員在開發新型光學記憶體方面取得了意想不到的進展。這種由錳、鉍和鍗組成的複雜材料（MnBi₂Te₄）可以製成快速、有效率地儲存和存取運算資料的光學記憶體，有望解決拓樸絕緣體所遇到的物理難題。

解決拓樸難題

MnBi₂Te₄因其作為磁性拓樸絕緣體的巨大潛力而備受關注，其內部會表現出絕緣體的特性，但其外表面卻能夠導電。理想情況下，磁性拓樸絕緣體會出現一種量子現象，材料表面有如一條「電子高速公路」，電子有如一台台小客車，可以在上面以二維形式流動，而每台汽車都有攜帶或編碼量子資料的潛力。

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儘管理論上，科學家們認為MnBi₂Te₄足以乘載這樣的電子高速公路，但實驗上卻處處碰壁，難以真正實現預測的物理拓樸特性。

對立的競爭狀態

研究團隊使用先進的光譜方法，幫助其在超快的時間尺度下，觀察MnBi₂Te₄材料中的電子行為。

他們發現，MnBi₂Te₄中的電子存在兩種截然不同的狀態並相互競爭：第一種用於編碼量子資訊的拓樸狀態，以及第二種用於光儲存的光敏狀態。

第二種電子狀態在磁性和外部光子有著強烈的耦合，會與第一種狀態相互競爭電子。儘管第二種狀態無法用於量子資料的編碼，卻能在高效光學記憶體中大放異彩。

研究團隊目前正計畫用雷射操縱材料特性，並在兩種對立卻都有著特殊特性的狀態中尋找平衡，試圖製造更先進的光學記憶體，並在量子資料儲存中發揮作用。他們認為，用MnBi₂Te₄中製造的光學記憶體效率，將比目前典型的電子儲存設備高上好幾個量級。

資料來源:Phys.org

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