วัสดุทอพอโลยีที่น่าสนใจที่สุดคือฉนวนทอพอโลยีซึ่งเป็นวัสดุที่ฉนวนเป็นกลุ่ม แต่นำไฟฟ้าบนพื้นผิว ในวัสดุเหล่านี้ ช่องทางนำไฟฟ้าที่กระแสอิเล็กทรอนิกส์มีความแข็งแกร่งมาก พวกมันคงอยู่โดยไม่ขึ้นกับสิ่งรบกวนภายนอกบางอย่างที่เราสามารถมีได้ในการทดลอง เช่น ความผิดปกติที่อ่อนแอหรือความผันผวนของอุณหภูมิ และพวกมันยังขึ้นอยู่กับขนาดอีกด้วย สิ่งนี้น่าสนใจมากเพราะหมายความว่าวัสดุเหล่านี้มีความต้านทานคงที่ มีค่าการนำไฟฟ้าคงที่ การควบคุมกระแสอิเล็กทรอนิกส์อย่างแน่นหนานั้นมีประโยชน์
สำหรับการใช้งานหลายอย่างตัวอย่างของฉนวนทอพอโลยีมีอะไรบ้าง?
ตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดน่าจะเป็นแกลเลียมอาร์เซไนด์ ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำสองมิติที่มักใช้ในการทดลองเกี่ยวกับผลควอนตัมฮอลล์จำนวนเต็ม ในฉนวนทอพอโลยีรุ่นใหม่ๆ ตัวที่รู้จักกันดีที่สุดคือบิสมัทเซเลไนด์ แต่สิ่งนี้ยังไม่ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางมากนัก
เหตุใดคุณและเพื่อนร่วมงานของคุณจึงตัดสินใจค้นหาวัสดุโทโพโลยีใหม่
ในขณะนั้น มีเพียงไม่กี่รายการในตลาด และเราคิดว่า “เอาล่ะ ถ้าเราสามารถพัฒนาวิธีการที่สามารถคำนวณหรือวินิจฉัยโทโพโลยีได้อย่างรวดเร็ว เราก็สามารถเห็นได้ว่ามีวัสดุที่มีคุณสมบัติเหมาะสมที่สุดหรือไม่”
ตัวอย่างหนึ่งของคุณสมบัติที่ปรับให้เหมาะสมคือช่องว่างของแถบอิเล็กทรอนิกส์ ความจริงที่ว่าวัสดุเหล่านี้เป็นฉนวนในมวลหมายความว่าในมวลมีช่วงของพลังงานที่อิเล็กตรอนไม่สามารถผ่านได้ ช่วงพลังงานที่ “ต้องห้าม” นี้คือช่องว่างของแถบอิเล็กทรอนิกส์ และอิเล็กตรอนไม่สามารถเดินทางในบริเวณนั้นแม้ว่าจะมีอยู่บนพื้นผิวของวัสดุก็ตาม ยิ่งช่องว่างแถบอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุมีขนาดใหญ่เท่าใด ฉนวนทอพอโลยีก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น
คุณไปค้นหาวัสดุทอพอโลยีใหม่ได้อย่างไรเราพัฒนาอัลกอริทึมตามความสมมาตรของผลึกของวัสดุ ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่เคยนำมาพิจารณามาก่อน ความสมมาตรของคริสตัลมีความสำคัญมากเมื่อต้องรับมือกับโทโพโลยี เนื่องจากวัสดุโทโพโลยีบางอย่างและเฟสทอพอโลยีบางเฟสจำเป็นต้องมีสมมาตรเฉพาะ (หรือขาดความสมมาตร) เพื่อให้มีอยู่ ตัวอย่างเช่น เอฟเฟ็กต์ควอนตัมฮอลล์จำนวนเต็มไม่จำเป็นต้องมีสมมาตรเลย แต่ต้องมีสมมาตรเดียวจึงจะหักได้ ซึ่งก็คือสมมาตรแบบย้อนเวลา นั่นหมายความว่าวัสดุนั้น
ต้องเป็นแม่เหล็ก หรือเราต้องการสนามแม่เหล็กภายนอกที่ใหญ่มาก
แต่เฟสทอพอโลยีอื่นๆ จำเป็นต้องมีความสมมาตร และเราก็สามารถระบุได้ว่าเฟสใดมีความสมมาตร จากนั้น เมื่อเราระบุความสมมาตรทั้งหมดได้แล้ว เราก็สามารถจัดประเภทได้ เพราะท้ายที่สุดแล้ว นั่นคือสิ่งที่นักฟิสิกส์ทำ เราจำแนกสิ่งต่างๆ
เราเริ่มทำงานเกี่ยวกับการกำหนดทางทฤษฎีในปี 2560 และอีกสองปีต่อมา เราได้เผยแพร่เอกสารฉบับแรกที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดทางทฤษฎีนี้ แต่ตอนนี้เราได้ดำเนินการทุกอย่างเสร็จสิ้นและเผยแพร่แล้ว
ใครคือผู้ทำงานร่วมกันของคุณในความพยายามนี้ และแต่ละคนมีส่วนร่วมอย่างไร
ฉันได้ออกแบบ (และดำเนินการบางส่วน) การคำนวณหลักการแรก ซึ่งเราพิจารณาวิธีการจำลองวัสดุจริงและ “วินิจฉัย” ว่ามีคุณสมบัติทอพอโลยีหรือไม่ ในการทำเช่นนั้น เราใช้รหัสที่ล้ำสมัยและรหัสที่ทำขึ้นเองเพื่อบอกเราว่าอิเล็กตรอนของวัสดุมีพฤติกรรมอย่างไร และเราจะจำแนกคุณสมบัติทอพอโลยีของวัสดุได้อย่างไร การกำหนดและการวิเคราะห์ทางทฤษฎีดำเนินการโดยBenjamin Wiederและ Luis Elcoro เนื่องจากพวกเขาเป็นนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่ไม่ยอมใครง่ายๆ พวกเขาช่วยในการวิเคราะห์และจำแนกเฟสทอพอโลยี ผู้ร่วมให้ข้อมูลสำคัญอีกคนหนึ่งและเป็นผู้นำของโปรเจกต์นี้คือNicolas Regnault ; เราร่วมกันสร้างเว็บไซต์และดูแลการออกแบบเว็บไซต์และฐานข้อมูล
เรายังได้ความช่วยเหลือจากStuart ParkinและClaudia Felser พวกเขาเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านวัสดุ จึงสามารถให้คำแนะนำเราได้ว่าวัสดุนั้นเหมาะสมหรือไม่ จากนั้นAndrei Bernevigก็เป็นผู้ประสานงานทุกอย่าง เราทำงานร่วมกันมาหลายปีแล้ว
เมื่อพิจารณาว่าคุณสมบัติทอพอโลยีเหล่านี้มีอยู่ทั่วไปมากเพียงใด ดูเหมือนว่าเกือบจะน่าแปลกใจที่คุณต้องประหลาดใจ ทำไมไม่มีใครสังเกตเห็นมาก่อน?
ฉันไม่รู้ว่าเหตุใดชุมชนจึงพลาดไปอย่างสิ้นเชิง แต่ไม่ใช่แค่ชุมชนของเราในด้านวัสดุศาสตร์และฟิสิกส์ของสสารควบแน่นเท่านั้นที่พลาด กลศาสตร์ควอนตัมมีมาเป็นเวลาหนึ่งศตวรรษแล้ว และคุณสมบัติทอพอโลยีเหล่านี้มีความละเอียดอ่อน แต่ก็ไม่ซับซ้อนมากนัก ถึงกระนั้น “บิดา” อันชาญฉลาดของกลศาสตร์ควอนตัมก็พลาดสูตรทางทฤษฎีนี้โดยสิ้นเชิง
แนะนำ : รีวิวซีรี่ย์เกาหลี | ลายสัก | รีวิวร้านอาหาร | โทรศัพท์มือถือ ราคาถูก | เรื่องย่อหนัง
