中國在1.58維空間製造超導材料？會帶來室溫超導等意外發現嗎？

7月1日，《自然-物理學》發表了一篇論文，中國上海交大和荷蘭烏得勒支大學的國際科學家團隊發現，1.58維空間中可能存在拓撲絕緣體 ，可用於節能信息處理。上海交大將嘗試在1.58維分形結構上生長超導體，有可能爲室溫超導提供一個新的研究平臺嗎？

拓撲絕緣體是一種特殊的材料，它的內部像絕緣體一樣阻礙電流流動，但表面卻可以無損耗地傳導電流，也就是電子只能在它的表面移動。2016年，三位美國科學家因拓撲絕緣體相關研究而獲得了諾貝爾物理學獎。

拓撲絕緣體的這些特性最初只能在極強磁場和零下270度左右的極低溫度下實現，但2017年、2019年和2022年，麻省理工、上海科技大學、普林斯頓大學的研究人員，分別發現了室溫下鉍基材料表現出拓撲絕緣體的特性，有的甚至無需磁場。這讓拓撲絕緣體在電子設備上的應用可能會逐漸走向現實，比如製造更節能的芯片和物理量子位等。

這次的發現首先是上海交大研究人員在半導體銻化銦上生長鉍，獲得了自發形成的分形結構。烏得勒支大學則通過理論計算發現，這些結構可以在有限能量下表現得像二維拓撲絕緣體，而零能量下在角落展現出可能用作量子比特的狀態。

這意味着在一維和二維之間的1.58維，可能存在着一個沒有能量損失的世界，具有零維角模式和無損耗的一維邊緣態，這一發現可能爲量子計算機的基本構建塊——量子比特開闢新的路徑。

爲什麼是1.58維呢？這是德國數學家費勒克斯·豪斯多夫定義的一種維度，可以是非整數維，分形結構的豪斯多夫維就可能不是整數，1.58維我估計是鉍在銻化銦上生長形成的分形結構的維度。

你可能很難想象這個世界還存在1.58維空間，但事實上分形結構比比皆是，非整數維空間也可能多如牛毛。

所謂分形，就是大自然的俄羅斯套娃，無論如何縮放，都會呈現相似的模式，這叫自相似結構。比如海岸線、山脈、雲彩、雪花、蕨類的葉片，你的肺、大腦神經網絡、花椰菜等等，都是分形結構，你把它們放大後，會看到和它們沒有縮小前相似的形狀。

上海交大的團隊已計劃在這種分形結構上尋找超導體，結合前面三所大學的發現，是不是有可能在分形中發現室溫超導呢？或許分形結構的特殊幾何，有可能創造出有利於電子配對的條件？當然，這些只是我的猜測，沒有什麼科學依據，大家看看就行了。

1.58維能帶來意外發現嗎？其他維度呢？讓我們拭目以待！

參考：

Nature Physics：Topological edge and corner states in bismuth fractal nanostructures

Physical Review Letters：Room-Temperature Spin-Orbit Torque Switching Induced by a Topological Insulator

Springer Link：Quantum Spin Hall States in 2D Bismuth-Based Materials

Nature Materials：Evidence of a room-temperature quantum spin Hall edge state in a higher-order topological insulator

Phys：Can a computer chip have zero energy loss in 1.58 dimensions?