美國(guó)能源部艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，周期性地施加振動(dòng)運(yùn)動(dòng)可能是防止期望的電子態(tài)散逸的關(guān)鍵，這將使先進(jìn)的量子計(jì)算和自旋電子學(xué)成為可能。

一些拓?fù)洳牧鲜瞧浔倔w形式的絕緣體，但在其表面上具有電子導(dǎo)電行為。雖然這些表面電子的行為差異使這些材料在技術(shù)應(yīng)用中如此有前途，但同時(shí)也帶來(lái)了挑戰(zhàn)：表面電子與塊狀材料狀態(tài)之間不受控制的相互作用會(huì)導(dǎo)致電子散射亂序，從而導(dǎo)致-稱為“拓?fù)涔收?rdquo;。它們不受任何“自發(fā)”對(duì)稱性的保護(hù)。

艾姆斯實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家王繼剛說(shuō)：“能夠在其表面上承受持續(xù)自旋鎖定電流且不會(huì)衰減的拓?fù)浣^緣子，被稱為'對(duì)稱保護(hù)'，并且這種狀態(tài)對(duì)量子計(jì)算和自旋電子學(xué)中的多種革命性設(shè)備概念具有吸引力。”和愛荷華州立大學(xué)教授。“但是由于表面-本體耦合而導(dǎo)致的拓?fù)淦茐氖且粋€(gè)長(zhǎng)期存在的科學(xué)和工程問題。”

Wang和他的研究人員通過(guò)在模型拓?fù)浣^緣體鉍-硒Bi2Se3中施加太赫茲電場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)周期性原子振動(dòng)(即振動(dòng)相干性)，采用了一種稱為動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的悖論方法。這些額外的“漲落”實(shí)際上增強(qiáng)了受保護(hù)的拓?fù)錉顟B(tài)，使電子激發(fā)的壽命更長(zhǎng)。

這種動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的類比是周期性驅(qū)動(dòng)的Kapitza擺，這是諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Peter Kapitza所熟知的，在該擺中通過(guò)對(duì)其樞軸點(diǎn)施加足夠高的頻率振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)反向但穩(wěn)定的定向。以類似的方式，可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)晶格的量子周期性運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)額外的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

Wang說(shuō)：“我們作為新的通用調(diào)諧旋鈕展示了拓?fù)湮镔|(zhì)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，可以用來(lái)加強(qiáng)受保護(hù)的量子傳輸。”他相信，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于將這些材料用于許多科學(xué)和技術(shù)具有深遠(yuǎn)的影響。學(xué)科，例如容錯(cuò)量子信息和通信應(yīng)用以及基于自旋的光波量子電子學(xué)。