时讯：运用量子几何实现数据储存

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人工智能和机器学习创新科学技术的出现，给世界科学技术的迅速发展带来了蜕变，应用于物联网、汽车自动驾驶等新颖的程序和产品发明，使未来的生活充满想象力空之间。 在尖端医疗范畴内，实现实时图像解决和大数据观察，可以提高诊断精度，提供合适的治疗方案，对提高人类健康至关重要。

估计每年的全球数据量将达到44 zettabytes，使用量持续增加，挑战当前的计算能力和存储设备的极限。 预计相关消费电力到2030年将增加15倍，吞噬世界8%的能源诉求。 因此，在存储设备的能耗和速度上寻求突破是科学研究的重要和紧迫的方向。

香港大学校长张翔教授与在伯克利加利福尼亚大学担任教授时率领的科研团队和斯坦福大学的aaron lindenberg教授团队合作，奇数层相对于偶数层产生稳定的偏移，在奇偶层序列中代表0和2 这种新的数据存储方法的能耗比传统方法低一百倍。

研究结果表明，非易失性存储器，即计算机关闭或突然关闭时数据不丢失的相关技术，是一大概念改革创新，有望带来新的技术创新。 这次也除了以前传来的硅材料以外，第一次可以发现半金属，进行数据的存储和读取。 研究结果已经发表在重要的国际学术杂志《自然物理学》( nature physics )上[ref 1]。

研究小组提供了一个可行的机制和新的材料平台，与现有的非易失性存储器相比，在更小的空之间用更少的能量存储更多的数据，存储速度提高了100倍，更新了

此次研究包括张教授团队于2019年在《自然》上发表的“静电掺杂驱动单层mote2的结构相变”[ref 2]和lindenberg实验室于2019年在《自然》上发表的“用光控制拓扑材料特征的开关”两项研究[ REE

迄今为止的研究表明，当二维材料的碲化钨处于拓扑状态时，原子薄层结构中的特殊序列产生了“外节点”( weyl nodes )的效果，显示出零电阻导电等独特的电子特征。 这些节点被认为具有类似虫洞的特征，电子可以在材料的相对表面之间隧道。 迄今为止的实验表明，可以通过太赫兹辐射脉冲( terahertz radiation pulse )调节材料的结构，迅速切换拓扑和非拓扑状态，比较有效地关闭和打开零电阻状态。 张翔小组在前面的实验中说明了二维材料的原子层厚度大幅度降低了电场的屏蔽作用，其结构容易受到电子的浓度和电场的影响。 这在电子器件中被应用，因为二维拓扑材料可以将光操作转变为电子控制。

在这项事业中，将原子层只有3个厚度的碲化钨金属片像纳米级厚度的薄扑克一样层叠起来。 他们向层叠的薄片注入少量的载流子，或施加纵向电场，每隔奇数层，对其上下的偶数层产生侧滑。 由于对应的光学和电特征，团队意识到这种滑移是永久的，直到另一种电激活引起金属层的重新排列。

研究者利用半金属材料中非常巨大的“浆果曲率”( berry curvature )，读取这些移动原子层间存储的数据新闻。 这种量子特性就像一次磁场，引起材料中的电子取向偏移，结合非线性空穴输送效应，可以在不干扰堆叠的情况下读取原子层的排列。

半金属碲化钨具有异常巨大的“贝利曲率”，而且不同的层叠方法具有非常不同的“贝利曲率”，可以利用该量子特征很好地区分不同的层叠和金属极化状态。 这个发现处理了铁电金属的果实空之间的低极性长时间读取困难的问题。 这表明铁电金属不仅具有基础物理探索，而且这种材料可能具有相当于主流半导体和铁电绝缘体的应用前景。 要改变层叠方法，只涉及切断范德比尔特结合。 这种能耗比以前传递的相变材料的共价键断裂重建少100倍，因此为开发更节能的存储设备提供了新的平台，有助于快速发展和向智能未来过渡