德國維爾茨堡—德累斯頓卓越集群ct-qmat合作團隊在量子研究方面取得突破，他們首次在拓撲絕緣體中探測到激子（電中性準粒子）。這一發現歸功于拓撲絕緣子發源地維爾茨堡的智能材料設計，為新一代光驅動計算機芯片和量子技術鋪平了道路。研究發表在最近的《自然·通訊》雜志上。

拓撲絕緣體鉍烯上的三個激子（由一個電子和一個電子空穴組成的對）。由于蜂窩狀原子結構，電子只能沿著邊緣流動。圖片來源：物理學家組織網

拓撲絕緣體能實現電流的無損傳導和強大的信息存儲，有望成為未來量子技術新材料的候選。以前使用拓撲絕緣子的概念是基于施加電壓來控制電流，這是從傳統計算機芯片采用的一種方法。然而，如果某種奇異材料是基于電中性粒子（既不帶正電荷也不帶負電荷），那么電壓就不再起作用。因此，如果要產生這種量子現象，就需要其他工具，例如光。

研究人員之前使用的材料是鉍烯，鉍烯的重原子使其成為拓撲絕緣體，可沿邊緣無損導電。現在，研究團隊首次在拓撲絕緣體中產生了激子。

量子物理學家拉爾夫·克萊森教授說：“我們第一次在拓撲絕緣體中產生并實驗檢測被稱為激子的準粒子。因此，我們創造了一種新的固態物理工具包，可用光學控制電子。這一原理可能成為一種新型電子元件的基礎。”

激子是一種只有在某些類型的量子物質中才能產生的激發電子態。“我們通過在只有一層原子的薄膜上施加短光脈沖來產生激子。”克萊森解釋說，其不同尋常之處在于，激子在拓撲絕緣體中被激活。這為拓撲絕緣體開辟了一條全新的研究路線。

近10年來，人們一直在研究其他二維半導體中的激子，并將其作為光驅動元件的信息載體。克萊森說：“光和激子之間的相互作用意味著我們可以在這類材料中看到新的現象。例如，這一原理可用來產生量子比特。”

量子比特是量子芯片的計算單位。使用光而不是電壓可使量子芯片的處理速度快得多。因此，最新發現為開發未來的量子技術和微電子領域的新一代光驅動打造設備鋪平了道路。

總編輯圈點

單層鉍烯經過復雜材料設計，能成為拓撲絕緣體，可在室溫下無損導電，這是現階段石墨烯都無法做到的。現在，科學家在拓撲絕緣體中產生了激子，將人們的注意力也轉向了準粒子本身。那么，鉍烯的拓撲性質能否轉移到激子上？如果能科學地證明這一點，將是下一個里程碑式突破，甚至可以為我們構建出拓撲量子比特。