在先进材料领域，在20世纪80年代发现的拓扑材料（topologicalmaterial）是材料的新阶段，其发现者于年获得诺贝尔奖。拓扑材料的一个突出例子是拓扑绝缘体(topologicalinsulator)，其表面传导电，但不在内部传导电。这些绝缘体表面的导电状态受到拓扑的“保护”，这意味着即使材料有缺陷，它们也会保持不变。这种鲁棒性使拓扑材料在各种技术应用中很有前途，特别是在电子和量子计算领域。而最近研究人员发现了磁性拓扑绝缘体(magnetictopologicalinsulator)。

什么是磁性拓扑绝缘体？

首先，让我们解决“拓扑绝缘体”这一术语。想象一下一条高速公路，象征电流的汽车只允许在最外侧车道上行驶，但禁止在中间车道行驶。这条高速公路是我们的基本拓扑绝缘体：一种让电力在其表面流动但不通过其内部的材料。

现在，让我们在我们的高速公路上施放一些魔法——一种特殊的力量，就像磁铁一样，它可以根据自己的“磁性”性质拉动或推动某些汽车。这条磁性高速公路不仅引导交通，还以其磁性力量影响交通。那是我们的“磁性拓扑绝缘体”。

研究突破

美国橡树岭国家实验室的研究人员最近通过仅使用电场将日常绝缘体转变为这些“磁性高速公路”，也就是磁性拓扑绝缘体。这种独特的特性组合——在没有任何能量损失的情况下在表面传导电，加上额外的磁性特征——在电子和量子计算领域有很大的应用潜力。

潜在应用

虽然这背后的科学似乎与我们的日常生活相去甚远，但其潜在的应用有望触及现代技术的几乎每个方面。

1.下一代电子产品：由这种材料制成的设备可以更节能。想象一下，你的智能手机在不充电的情况下可以使用几天，或者一辆电动汽车一次充电可以行驶更长时间。

2.自旋电子学（Spintronics）应用：当前的电子设备使用电子的电荷来运行。自旋电子学，一个新的前沿领域，利用了电子的自旋。磁性拓扑绝缘体非常适合利用自旋电子实现数据存储的设备，这些存储设备可能超快，而且在关机时也能保留数据。想象一下计算机立即启动，或可以在更小的空间中存储更多数据的存储设备。

3.量子计算：量子计算机虽然处于起步阶段，但承诺在特定任务上超过我们最快的超级计算机。磁拓扑绝缘体可能会为这些计算机提供更稳定的构建块，加速我们进入量子时代。

4.超灵敏传感器：随着对磁场的增强灵敏度，我们可能会开发出非常准确的下一级医学成像工具或导航系统。

5.晶体管2.0：晶体管是我们所有电子产品的支柱。有了这种新材料，他们可以在速度和效率上获得巨大的升级。

简而言之，磁拓扑绝缘体可能只是技术进化下一章中的无名英雄。虽然仍有很多东西需要学习，许多实际挑战需要克服，但其潜力是不可否认的。随着研究的进展，谁知道这条“磁性高速公路”会给我们的生活带来什么奇迹？目前，这是一个值得观察的领域，也是一个值得兴奋的概念。

论文：“Non-volatileelectriccontrolofmagneticandtopologicalpropertiesofMnBi2Te4thinfilms”byWeiLuo,Mao-HuaDu,FernandoAReboredoandMinaYoon,28April,2DMaterials