量子材料驚人發現：鉍元素表面特性顛覆傳統認知

在量子研究領域長期令人困惑的鉍元素，最近終於揭開其神秘面紗。神戶大學科學家發現，這種金屬的表面特性竟能掩蓋其真實本質，這項發現直接挑戰了拓撲材料科學的基本假設。

近二十年來，科學界一直爭論鉍是否屬於那類可能徹底改變數子運算與自旋電子學的特殊材料。如今，神戶大學的新研究不僅給出明確答案，更揭示了一個可能改變我們對先進材料認知的驚人現象。

這類被稱為「拓撲材料」的特殊物質具有獨特行為：雖然內部是絕緣體，表面卻能展現極穩定的導電性，即使存在缺陷或雜質也不受影響。這種特性使其成為量子電腦和自旋電子元件等尖端技術的理想候選材料。

然而鉍始終是個謎團。理論模型長期認為它不符合拓撲材料的條件，但實驗結果卻不斷暗示可能並非如此。神戶大學量子固態物理學家伏谷雄樹表示：「我對鉍充滿熱情，渴望瞭解關於這種元素的一切。作為鉍的愛好者，我無法忽視這種矛盾，決心深入探究這個謎題。」

伏谷教授對材料的專注讓他注意到其他人忽略的現象：「在研究鉍的眾多特性時，我首次發現晶體表面附近的弛豫會導致晶體結構自發改變。這讓我思考：這種表面弛豫是否會影響材料的拓撲性質？」

研究團隊透過電腦模擬鉍晶體中電子的行為，並將這種結構變化納入考量。他們在《物理評論B》期刊發表的論文指出，計算結果證明鉍晶體表面弛豫會導致材料表面呈現拓撲特性，掩蓋了其整體非拓撲的本質。

伏谷解釋：「迄今材料拓撲性質都基於『體邊對應』原則判斷，即表面特性反映整體特性。但我們的研究顯示，這個指導原則可能被打破。」研究團隊更指出，表面弛豫導致體邊對應失效的現象不僅限於鉍，可能廣泛存在於其他系統。

這項被稱為「拓撲阻斷」的效應，可能在其他材料中同樣存在。伏谷強調：「拓撲材料科學最重要的是準確掌握物質的拓撲性質。」暗示這項研究對整個領域具有廣泛影響。

對熱愛鉍的伏谷教授而言，這項發現也別具意義：「鉍見證了許多重大發現，歷史告訴我們，一旦某種現象在鉍中被發現，類似現象往往會在其他物質中陸續出現。我很高興看到鉍的發現清單上又增添一項新紀錄。」