观察由气隙分隔的相邻QSH边缘之间的一维库仑阻力

限制摩尔定律的两个重要因素是功耗和库仑相互作用。库仑相互作用是遵循库仑定律(一种电动力学理论)的电荷之间的相互作用。

这些相互作用可能是纳米电子电路开发的主要挑战。量子自旋霍尔(QSH)绝缘体是用于开发低功率电子产品的特别有前途的材料，但到目前为止，库仑相互作用对由这些材料制成的纳米电路的影响仅在理论上进行了研究，而不是通过实验进行了研究。

南京大学和北京大学的研究人员最近观察到由气隙分隔的相邻QSH边缘之间的一维(1D)库仑阻力。他们发表在NatureElectronics上的论文强调了QSH效应在抑制库仑相互作用对纳米电路性能的不利影响方面的潜力。

“在量子自旋霍尔绝缘体中观察到的一维无耗散螺旋边缘态可以解决集成电路中的功耗问题，”进行这项研究的研究人员之一杜凌杰告诉TechXplore。“但是，如果电路中的两个边缘状态非常接近(~纳米)，库仑效应仍可能影响电路性能。为了弄清楚附近边缘之间库仑相互作用的影响，我们设计并进行了论文中报告的库仑阻力实验。“

首先，Du和他的同事使用两种称为聚焦离子束光刻和反应离子蚀刻的技术，在放置在倒InAs/GaSb量子阱中的分裂H棒器件中发现了横跨QSH边缘的气隙。他们创造的气隙具有尽可能低的介电常数，这会产生强烈的库仑相互作用。

“通过分离式H-bar器件中的气隙，我们可以首次观察到拓扑绝缘体中的一维库仑阻力，并发现拓扑保护可以抑制附近边缘之间的库仑效应。”杜说。“这是一个重要的观察结果，因为这意味着我们可以使用拓扑边来构建集成电路。”

这组研究人员最近进行的研究可能具有几个重要的意义。首先，观察拓扑绝缘体中的一维库仑阻力可以开发更先进的功耗更低的集成电路，同时还可以减小电路线之间的间距，并有可能在集成电路上实现更大的电子设备封装密度。

杜和他的同事还首次观察到一维螺旋边缘态中所谓的狄拉克点的存在，超出了他们最初的研究目标。他们发现在狄拉克点附近(即线性分散的导带和价带相交的点)，负阻力信号在低温下占主导地位，并表现出非单调的温度依赖性。

从本质上讲，这一发现表明不同的阻力机制在较高温度下相互竞争并相互抵消。因此，在未来，研究人员的发现还可以提高当前对拓扑相背后的基础物理学的理解。

“该领域许多研究人员的目标是确定可以在室温下工作的拓扑材料，”杜补充道。“使用合适的材料，可能有可能将电子设备与拓扑导线连接起来，与现有技术相比，这应该会消耗更少的功率并实现更高的封装密度。”