导语：基于夹在氮化硼之间的二维材料钨二碲化物的晶体管能够在两种分歧的电子状况之间切换一种仅沿其边缘传导电流，使其成为拓扑绝缘体，而且在没有电阻的情形下传导电流使其成为超导体，麻省理工学院的研究人员和其他四个机构的同事都证实了这一点。
研究人员使用四探针测量，一种常用的量子电子传输手艺来测量材料的电子行为，绘制了二维钨二碲化物晶体管的电流承载能力和电阻特征，并证实了他们在一系列外加电压和外部电压下的发现。极低温度下的磁场。
“这是第一次将完全沟通的材料调整为拓扑绝缘体或超导体，”麻省理工学院Cecil和Ida Green物理传授Pablo Jarillo-Herrero说。“我们能够经由使用常规尺度电介质的常规电场效应来实现这一点，是以根基上与尺度半导体电子设备中使用的手艺类型沟通。”
新一类材料，“这是一种新型材料拓扑绝缘子中的第一种，能够经由电气体式调谐到超导体中，这为在实现重大障碍之前拓荒了很多或者性，”Jarillo-Herrero说。“有一种材料能够在统一种材估中无缝地完成，以便在这种拓扑绝缘体和超导体之间转换，这是非常有吸引力的。”
钨二碲化物是过渡金属二硫化物材料之一，被归类为半金属，而且像散装形式的金属一般导电。新发现具体解说，在单层晶体形式中，在小于1开尔文至液氮局限（-320.4华氏度）的温度下，钨二碲化物具有三个分歧的相：拓扑绝缘，超导和金属。施加的电压驱动这些相之间的过渡，这些过渡随温度和电子浓度而转变。在超导材估中，电子在没有电阻的情形下举止而不发生热量。
像量子线一般，本年早些时候，研究人员在统一单层钨二碲化物材估中展示了量子自旋霍尔效应（QSH），这是二维拓扑绝缘体的标记性物理现象。该边缘电流由电子的自旋而不是由它们的电荷掌握，而且相反自旋的电子在相反的偏向上移动。这种拓扑性质在低温下始终存在于材估中。
这种量子自旋霍尔效应持续到约100开尔文（-279.67华氏度）的温度。“所以它是迄今为止温度最高的2-D拓扑绝缘体，”博士后三峰吴说，他也是早期论文的第一作者。“对于如许一个有趣的量子态来说，在高温下生存以用于应用是非常主要的。”
这种行为，个中钨二碲化物材料的边缘像量子线一般，在2014年由物理学副传授梁甫和核科学与工程与材料科学与工程传授朱莉的理论论文中展望。追求具有这些品质的材料用于自旋电子和量子较量装配。固然在高达100开尔文时视察到拓扑绝缘现象，但新工作中的超导行为发生在约1K的低得多的温度下。
该材料的长处是，对于任何2-D超导体，其具有最低电子密度之一的超导状况。“这意味着使其成为超导体所需的小载流子密度是能够经由正常电介质，常规电介质和使用小电场引起的小载流子密度，”Jarillo-Herrero注释说。
在第一篇论文中解决二维钨碲化物拓扑绝缘行为的发现，以及第二篇中超导电性的研究究竟，吴说：“这些是双胞胎论文，每一篇都是艳丽的，它们组合在一路能够非常壮大“。Wu透露，这些研究究竟指出了研究二维拓扑材料的方式，并或者为拓扑量子较量机找到新的材料根蒂。
钨二碲化物晶体在普林斯顿大学生长，而氮化硼晶体在..国立材料科学研究所生长。麻省理工学院的团队竖立了实验装配，在超低温下进行了电子传输测量，并对研究所的数据进行了剖析。
走向量子较量，这种新功能或者有效的特定范畴是在拓扑绝缘和超导材料的界面处实现Majorana模式。物理学家在1937年首次展望，Majorana费米子能够被认为是电子盘据成两部门，每一部门都示意为一个自力的粒子。这些费米子在天然界中尚未被发现为根基粒子，但能够在绝对零温度四周的某些超导材估中显现。
“从物理学的根基概念来看，它自己很有意思，此外，它有望成为拓扑量子较量的乐趣，拓扑量子较量是一种特别类型的量子较量，”Jarillo-Herrero说。
Majorana模式的奇特之处在于当他们交流位置时他们的异国行为，物理学家称之为“编织”的把持，因为这些交流粒子的时间依靠性陈迹看起来像辫子。编织把持不克改变像电子或光子如许的划定粒子的量子态，然则编织Majorana粒子会完全改变它们的量子态。这种不平常的属性，被称为“非阿贝尔统计”，是实现拓扑量子较量机的要害。在一个位置固定Majorana模式也需要磁隙。
“这项工作非常时兴，”加州理工学院理论物理学传授Jason Alicea说，他没有介入这项研究。“经由磁力设计Majorana模式所需的根基成分，超导性和边缘状况的间隙，如今已在WTe2中零丁论证。”
结语：“此外，经由门控对内涵超导性的视察或者是Majorana模式的高级应用的一个主要福音，例如，编织以证实非阿贝尔统计。为此，能够设想设计复杂的，动态可调的超导量子，扭转收集。经由静电体式实现的边缘状况。“ 爱丽莎说。“或者性非常令人兴奋。”
