宾夕法尼亚州立大学的一个研究小组已经通过实验实现了多层绝缘体中的QAH效应，本质上产生了一条多道高速公路来传输电子，这可以提高信息传输的速度和效率，而不会损失能量。

宾夕法尼亚州立大学物理学助理教授张翠祖说：“低能耗是电子设备的关键，因此，人们对提高电子流效率的材料进行了大量研究。” “大多数金属中电子数量的增加会导致一种交通阻塞，因为沿不同方向移动的电子会相互散射并排斥。但是在QAH绝缘子中，电子流被限制在边缘，并且边缘上的电子只能向边缘移动。在这个研究中，我们制造了QAH绝缘子，可以将其分层放置以在彼此之上创建平行的高速公路，就像将一条道路分成两车道的高速公路一样。 ”

来自宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员已通过实验证明了一种量子现象，即所谓的高Chern数量子异常霍尔效应（QAH）。他们堆叠了磁性和非磁性拓扑绝缘体的交替层（在此示为堆叠的乐高积木），并操纵了称为Chern数（C）的拓扑量，以在材料的每一侧为电子创建多达5条平行的高速公路。下图：实验结果证明了QAH效应，其Chern数为1到5。

QAH绝缘子是用一种称为拓扑绝缘子的材料制成的，这种材料是一层磁性薄的薄膜薄层，厚度只有几十个原子，因此被磁化，因此它们只能沿边缘传导电流。为了使拓扑绝缘体具有磁性，研究人员通过称为稀释磁掺杂的过程将磁性杂质添加到材料中。

在这项研究中，宾夕法尼亚州立大学的研究小组使用了一种称为分子束外延的技术来制造多层拓扑绝缘体，从而仔细控制发生磁掺杂的位置。

宾夕法尼亚州立大学物理学副教授刘朝兴说：“ QAH绝缘子特别令人感兴趣，因为它们在理论上没有能量耗散，这意味着当电流沿着边缘流动时，电子不会以热的形式损失能量。”该论文的合著者。“这种独特的性能使QAH绝缘子成为用于量子计算机和其他小型，快速电子设备的理想选择。”

在先前的研究中，仅在重要量（称为Chern数）值为1的材料中通过实验实现了QAH效应，该材料基本上具有一条电子的两道高速公路。在这项研究中，研究人员堆叠了磁性和非磁性拓扑绝缘体的交替层，并能够实现Chern数高达5的QAH状态，本质上在材料的每一侧构造了5条平行的电子高速公路，总共10条电子车道。

他们在《自然》杂志上发表了他们的研究结果（“在量子异常霍尔绝缘子中调整Chern数”）。

刘说：“我们确实在QAH绝缘子和金属电极之间的连接点看到了一些耗散的电流，它以热的形式发生。” “您可以将其想像为繁忙的高速公路的上下坡道，在此处狭窄的合并车道进入本地交通会使您减速。通过建立更多平行的高速公路，更多的合并车道可以将高速公路连接到本地交通，从而使总体整个交通系统的速度可以大大提高。”

研究人员发现，通过增加QAH绝缘体层的厚度或控制QAH层中的磁性掺杂浓度，他们可以调整样品的Chern数。

Chang说：“换句话说，我们可以使用外部旋钮改变高速公路的车道数量。” “即使在高Chern数的情况下，QAH绝缘子沿边缘通道也没有损耗。这为利用这种无损耗边缘电流的器件提供了概念验证。”

在这项研究中，研究人员精心制作了具有不同Chern数的单独QAH绝缘子。将来，他们希望开发一种技术来调整已经制造的样本的Chern数，以“实时”控制信息高速公路中的电子流量。

将本研究中取得的根本进展转化为实用技术仍然是一个挑战，因为此处研究的现象仅限于非常低的温度-比绝对零值高大约开尔文的百分之一度。但是Chang感到乐观：“通过创造性的材料合成，我们可以设想出可以帮助我们在技术相关条件下实现这些效果的方案。”