由于其独特的电性能，拓扑绝缘体有望在电子和计算机行业以及量子计算机的发展中实现许多创新。薄的表面层几乎可以无电阻地导电，因此比传统材料产生更少的热量。这使得它们对电子元件特别感兴趣。

此外，在拓扑绝缘体中，电子摩擦(即电子介导的电能转化为热量)可以减少和控制。巴塞尔大学、瑞士纳米科学研究所(SNI)和伊斯坦布尔技术大学的研究人员现在已经能够通过实验验证和演示如何通过摩擦从能量到热量的转变——一个被称为耗散的过程。

用钟摆测量摩擦力

由巴塞尔大学物理系Ernst Meyer教授领导的研究小组研究了摩擦对碲化铋拓扑绝缘体表面的影响。科学家们使用了摆式原子力显微镜。在这里，由金制成的导电显微镜尖端在拓扑绝缘体的二维表面上来回振荡。当给显微镜尖端施加电压时，钟摆的运动就会在表面产生小电流。

在传统材料中，部分电能通过摩擦转化为热能。在拓扑绝缘体的导电表面上的结果看起来非常不同:通过转换为热的能量损失显着减少。

“我们的测量清楚地表明，在某些电压下，几乎没有由电子摩擦引起的热量产生，”在SNI博士学院开展这项工作的Dilek Yildiz博士解释说。

一种新的机制

研究人员还首次观察到一种新的量子力学耗散机制，这种机制只发生在特定电压下。在这些条件下，电子从尖端通过中间状态迁移到材料中——类似于扫描隧道显微镜中的隧道效应。通过调节电压，科学家们能够影响耗散。“这些测量证实了拓扑绝缘体的巨大潜力，因为电子摩擦可以以有针对性的方式控制，”Meyer补充说。