科学家发现以周期性的方式施加振动运动可能是防止所需电子态散逸的关键

美国能源部艾姆斯实验室的科学家发现，周期性地施加振动运动可能是防止期望的电子态散逸的关键，这将使先进的量子计算和自旋电子学成为可能。

一些拓扑材料是其本体形式的绝缘体，但在其表面上具有电子导电行为。虽然这些表面电子的行为差异使这些材料在技术应用中如此有前途，但同时也带来了挑战：表面电子与块状材料状态之间不受控制的相互作用会导致电子散射乱序，从而导致-称为“拓扑故障”。它们不受任何“自发”对称性的保护。

艾姆斯实验室物理学家王继刚说：“能够在其表面上承受持续自旋锁定电流且不会衰减的拓扑绝缘子，被称为'对称保护'，并且这种状态对量子计算和自旋电子学中的多种革命性设备概念具有吸引力。”和爱荷华州立大学教授。“但是由于表面-本体耦合而导致的拓扑破坏是一个长期存在的科学和工程问题。”

Wang和他的研究人员通过在模型拓扑绝缘体铋-硒Bi2Se3中施加太赫兹电场来驱动周期性原子振动(即振动相干性)，采用了一种称为动态稳定的悖论方法。这些额外的“涨落”实际上增强了受保护的拓扑状态，使电子激发的寿命更长。

这种动态稳定的类比是周期性驱动的Kapitza摆，这是诺贝尔奖获得者Peter Kapitza所熟知的，在该摆中通过对其枢轴点施加足够高的频率振动来实现反向但稳定的定向。以类似的方式，可以通过驱动晶格的量子周期性运动来实现额外的动态稳定。

Wang说：“我们作为新的通用调谐旋钮展示了拓扑物质的动态稳定性，可以用来加强受保护的量子传输。”他相信，这一发现对于将这些材料用于许多科学和技术具有深远的影响。学科，例如容错量子信息和通信应用以及基于自旋的光波量子电子学。