電腦芯片過熱是發(fā)展更快、更高效電腦和手機的主要障礙。

　　目前，該問題已有一個很有前景的解決辦法：幾年前發(fā)現(xiàn)的拓撲絕緣體材料，與傳統(tǒng)材料相比，其電阻和產(chǎn)熱更少。這些材料仍處于早期階段。來自德國尤里希研究中心和亞琛應(yīng)用技術(shù)大學(xué)的一個研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種方法可以控制這類材料，使其導(dǎo)電性能更加精確和可靠的。研究結(jié)果已發(fā)表在自然通訊雜志上（DOI: 10.1038 / ncomms9816）?！巴負洹辈牧系谋砻婧蛢?nèi)部具有不同的物理性質(zhì)。該材料內(nèi)部是絕緣體，但表面和邊緣部分可以導(dǎo)電，且電流傳輸速度更快，阻力更小，產(chǎn)生的熱量也更少。電子傳輸類似在鐵路軌道上，該“軌道”可作為電子的單行道。電子的固有角動量稱為“自旋”，可以確定在哪個方向的電子可以流。

　　“自旋”也可用于信息處理，有利于自旋電子器件的發(fā)展。于利希彼得·格倫伯格研究所和亞琛工業(yè)大學(xué)的研究人員已經(jīng)證實，拓撲材料的電導(dǎo)率和能量需求可以優(yōu)化，成功解決這個問題的辦法是：疊加而不是混合。制備拓撲絕緣體的通常方法是將兩種不同的半導(dǎo)體材料混合在一起，彼得·格倫伯格研究所的Detlev Grützmacher教授提出了一個重要理念：將不同半導(dǎo)體材料的原子層堆疊在彼此的頂部，利用分子束外延法依次將堆疊后的原子層放置硅襯底上。分子束外延法是生產(chǎn)極精確細晶層的有效方法，不僅被越來越多的應(yīng)用各種研究中，還被用在半導(dǎo)體工業(yè)生產(chǎn)中。彼得·格倫伯格研究所的Lukasz Plucinski博士稱，利用這種材料制備方法，科學(xué)家們能夠以極大的精度控制原子結(jié)構(gòu)?！皩崿F(xiàn)拓撲絕緣體的完美原子組成對其電子性能和能效來講是至關(guān)重要的，但普通的混合制備方法很難對其原子層結(jié)構(gòu)進行檢測。研究人員使用角分辨光電子能譜技術(shù)能夠準確地發(fā)現(xiàn)哪個原子層厚度具有最佳電子傳導(dǎo)性能。利用光子轟擊樣品，將材料中電子的能量釋放出來。

　　通過測量電子的能量和出射角度，能夠獲得樣品表面能量和電子分布的信息。原則上，拓撲絕緣體也可以通過半導(dǎo)體合金等材料的外部電場進行控制。使用科學(xué)家們在“未來信息技術(shù)”（JARA FIT）的框架研究中開發(fā)的夾心法，可以不再使用這樣復(fù)雜的技術(shù)程序，此外，采用硅襯底材料可以其在后階段的應(yīng)用中更容易集成。在虛擬拓撲絕緣體研究所（VITI）的科學(xué)家，繼續(xù)開展這種新材料應(yīng)用的基礎(chǔ)研究。這可能證明理論上預(yù)言的新穎量子現(xiàn)象是存在的，如由表面上電子-空穴對形成的拓撲激子縮合物。