解開電子宇宙秘密   超越歐姆定律的道路

編譯/高晟鈞

東北大學和日本原子能機構的研究人員,開發了操縱「電子宇宙」幾何形狀的基礎實驗和理論。描述電子宇宙的幾何特性被稱為「量子度規」(Quantum metric),以與普通電訊號相異的方式被檢測,有望突破墊子的基礎量子科學,為設計創新的自旋電子裝置鋪平了道路。

研究人員已經操縱了磁性材料內的「電子宇宙」幾何形狀,為利用量子驅動的非歐姆傳導的先進自旋電子裝置開闢了道路。圖取自 ScitechDaily

超越歐姆定律

相信各位在國高中時都在物理課中學習過「歐姆定律」,用來描述電流與電壓的正比關係,可謂是所有電子產品的基石理論。然而,為了開發出更先進的設備,科學家必須找到一種超越歐姆定律的方法,也是此時,量子力學走入了科學家的視線中。

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量子度量與電子宇宙

「量子度規」一詞來自於廣義相對論中的「度量張量」概念,解釋了宇宙的幾何形狀在受到強引力(如黑洞周圍)作用後如何扭曲。同理,這種「電子宇宙」同樣存在於材料當中,而「量子度規」被用於描述其幾何形狀,對於設計材料內的非歐姆定律傳導有著重要幫助。

研究團隊建構了由Mn3Sn和重金屬Pt組成的異質結構薄膜,並成功在室溫下操控其量子度量結構。Mn3Sn在與Pt相鄰時,會表現出磁性結構,並且能輕易被外部磁場調控。

研究團隊成功觀測到,透過外部磁場控制材料薄膜中的非歐姆傳導現象,其中電壓與所施加的電流表現出平方與正交關係,這種現象被稱為「二接霍爾效應」。透過理論建模,證實了觀測結果可以完全由量子度規來描述。

研究團隊說表示:「到目前為止,量子度規一直被認為是固有且不可控的,就像宇宙一樣。然而,現在我們或許可以改變這種觀點,證明了材料的量子度規是可被調控的,特別是室溫下的靈活控制,可能為未來開發整流器和探測器等功能器件提供新的機會。」

資料來源:ScitechDaily

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