在其边缘导电的绝缘体有望用于有趣的技术应用。但是，到目前为止，他们的特征尚未完全了解。歌德大学的物理学家现在已经在超冷量子气体的帮助下模拟了所谓的拓扑绝缘体。在最新一期的“物理评论快报”中，他们演示了如何通过实验检测边缘状态。

想象一下，由具有导电边缘的绝缘体制成的圆盘，电流总是沿着相同的方向流动。“这使得量子粒子不可能受到阻碍，因为在另一个方向上流动的状态根本不存在，”该研究的第一作者Bernhard Irsigler解释道。换句话说：在边缘状态下，电流无阻力地流动。例如，这可以用于增加移动设备的稳定性和能量效率。目前正在研究如何使用它来构建更高效的激光器。

近年来，拓扑绝缘体也以超冷量子气体生成，以便更好地了解它们的行为。当正常气体冷却到绝对零度以上百万分之一到十亿分之一的温度时，就会产生这些气体。这使得超冷量子气体成为宇宙中最冷的地方。如果在由激光制成的光学晶格中也产生超冷量子气体，则气体原子自身排列成与固体的晶格中一样规则。然而，与固体不同，许多参数可以变化，允许研究人工量子态。

“我们喜欢把它称为量子模拟器，因为这种系统揭示了固体中发生的许多事情。在光学晶格中使用超冷量子气体，我们可以理解拓扑绝缘体的基本物理学，”共同作者郑俊辉解释说。 。

然而，固体和量子气体之间的显着差异在于，云状气体没有限定的边缘。那么超冷气体中的拓扑绝缘体如何决定其边缘状态?歌德大学理论物理研究所的Walter Hofstetter教授研究小组的研究人员在他们的研究中回答了这个问题。他们模拟了拓扑隔离器和普通隔离器之间的人工屏障。这代表拓扑绝缘体的边缘，导电边缘状态沿着该边缘形成。

“我们证明边缘状态的特征在于量子相关性可以在使用量子气体显微镜的实验中测量。哈佛大学，麻省理工学院和慕尼黑马克斯普朗克量子光学研究所都在进行这些测量，” Hofstetter说。量子气体显微镜是一种可以在实验中检测单个原子的仪器。“对于我们的工作，我们必须明确考虑到量子气体粒子之间的相互作用。这使得调查更加真实，但也更加复杂。如果没有超级计算机，就无法进行复杂的计算。在DFG研究部的背景下与领先的欧洲科学家密切合作