金尖端在拓扑绝缘体的表面上移动，并且仅在离散的量化能量下才经历能量损失。这与在拓扑绝缘体的导电表面上形成的图像电势状态有关。
拓扑绝缘体是创新的材料，可以在表面传导电流，但在内部却可以充当绝缘体。巴塞尔大学和伊斯坦布尔技术大学的物理学家已经开始研究它们对摩擦的反应。他们的实验表明，摩擦产生的热量明显低于传统材料。研究人员在科学杂志《自然材料》上报告说，这归因于一种新的量子机制。
凭借其独特的电性能，拓扑绝缘子有望在电子和计算机行业以及量子计算机的开发中带来许多创新。薄的表面层几乎可以无电阻地导电，因此比传统材料产生的热量少。这使得它们对于电子组件特别受关注。
“我们的测量结果清楚地表明，在某些电压下，几乎没有电子摩擦引起的热量产生。”— Dilek Yildiz博士
此外，在拓扑绝缘体中，可以减少和控制电子摩擦，即电子介导的电能到热的转换。巴塞尔大学，瑞士纳米科学研究所（SNI）和伊斯坦布尔技术大学的研究人员现在已经能够通过实验验证并确切地证明通过摩擦从能量到热的转变是如何发生的–这个过程称为耗散。
用摆锤测量摩擦
巴塞尔大学物理系恩斯特·迈耶教授领导的研究小组研究了摩擦对碲化铋拓扑绝缘体表面的影响。科学家们在摆模式下使用了原子力显微镜。在此，由金制成的导电显微镜尖端在拓扑绝缘体的二维表面的正上方来回振荡。当电压施加到显微镜尖端时，摆的运动在表面上感应出小的电流。
在常规材料中，一些电能通过摩擦转化为热量。拓扑绝缘体的导电表面上的结果看起来非常不同：通过转换为热能而损失的能量大大减少了。
“我们的测量结果清楚地表明，在某些电压下，几乎没有电子摩擦引起的热量产生，”在SNI博士内从事此项工作的Dilek Yildiz博士解释说。学校。
一种新颖的机制
研究人员还能够首次观察到仅在某些电压下才会出现的新的量子力学耗散机制。在这些条件下，电子从尖端通过中间状态迁移到材料中，类似于扫描隧道显微镜中的隧道效应。通过调节电压，科学家们能够影响功耗。“这些测量结果证实了拓扑绝缘子的巨大潜力，因为可以有针对性地控制电子摩擦，” Meyer补充说。
参考：D. Yildiz，M.Kisiel，U.Gysin，O.Gürlü和E.Meyer的“通过拓扑绝缘体表面上的图像电势状态进行的机械耗散”，Nature Materials.DOI：2019年10月14日。
10.1038 / s41563-019-0492-3
