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拓扑绝缘子
keywords: Spintronics, Quantum Electronics
Milestone：科学家又一次走到了工程师的前面
以往的大量科学发现都是由工程师或实验学家先观测到，再由科学家来做出理论解释，某些方面甚至长期得不得完备的理论解释。例如，超导体1911年的发现，其理论解释在将近50年之后，且不能对所有的超导现象提供统一的模型。
Topological Insulators则完全相反，则是由科学家先提出了理论可行性（2006），再由工程界完成材料制备（2008）。
特点：是一种内部绝缘，表面导电的材料
与拓扑学的关系：拓扑学是数学的分支，研究的是拉伸或旋转不改变其基本特性的对象。因此Topological Insulators的特殊导电性能不会随着材料的形变而发生特性无序或改变。
应用前景：
内部绝缘，表面导电的特性，可以产生强烈的二维方向性选择，可以严格限制电子的运动在某一个特定的方向。最初的研究起源于HEMT器件通过半导体交界面处形成的2D电子云，科学家试图产生绝缘体交界处形成更加优良的2D电子云以适应更高频率的应用。
Topological Insulators更大的应用机会是在量子学方面。
量子学与电子学的重要区别：电子学仅研究和考虑电子的运动，量子学则主要考虑电子的自旋，信息仅携带在其自旋状态上。
Topological Insulators在量子学的应用前景：由于该材料的表面导电，且导电厚度很薄（原子级别）。电子通过该表面的时候被强制地选择了相同的运动方向，则其电子自旋的方向(spin)也被确定了(自旋会受到磁场的强烈影响，磁场主要由电子的运动方向决定，在普通材料里面电子运动方向是随机的)。在量子学里面，如果该材料的所有电子具有相同的自旋方向，则可以表达1或0的信息。
研究机构：University of California (Berkeley and Santa Barbara)
延伸阅读：http://spectrum.ieee.org/semiconductors/materials/topological-insulators/0
PS：以上解释仅出自自己的理解，应该有不少错误，请查阅参考资料自行判断，谬误之处欢迎讨论。
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Image: Aharon Kapitulnik and Zhanybek Alpichshev/ Stanford University
Shallow currents: This crystal of bismuth telluride, doped to serve as a source of negative charge carriers, conducts only on its surface. Click on image for enlargement.
Image: Ali Yazdani and Pedram Roushan/Princeton University
Unstill waters: These patterns [top] form on a topological insulator when the wavelike nature of the electrons on its surface causes them to scatter off defects in the material and then combine with one another, sometimes reinforcing, sometimes canceling out. These images also provide evidence that the electrons are spin-locked, or moving in a direction determined by their spin.
