用于工业计算的纳米材料

邵宇全在描述他的原子尺度材料研究时，想到了旋转的甜甜圈。Shao是莫克家族化学工程与材料科学系的助理教授，他的目标是了解甜甜圈状粒子的原子尺度行为，这种粒子可以实现低功耗电子产品。他揭示了张力和热量如何改变甜甜圈粒子的形状，从而赋予其强大的新型节能和稳定特性。

Shao正在研究skyrmions——一种纳米大小的物体，类似于甜甜圈一样的漩涡。skyrmions具有正电荷或负电荷(偶极子)形式的电极化，它们从中心的“甜甜圈洞”向上和向外连续移动，从粒子的外缘向下和向内移动。

“我特别关注的skyrminis是带有额外漩涡的纳米级甜甜圈。想象一下这些被小箭头覆盖的甜甜圈，它们是带正负电荷的电偶极子，”Shao说。“skyrmion是拓扑保护的，这意味着它在连续变形下具有相同的特征属性，即拓扑电荷。你可以拉伸和弯曲它。它们都保持着相同的拓扑性质。”

邵说，当涉及到计算硬件材料时，理解这些粒子是特别有趣的。计算机需要电力来产生运行所需的比特和字节信息。

“所以，你有一个栅极电压，你可以打开和关闭。这就是计算机在信息位中产生0和1的方式。但在电偶极子或磁自旋天空子的情况下，你不需要提供能量来保留那一点信息。它具有非易失性和拓扑保护。”

然后，Shao将这些粒子操纵成他所描述的半甜甜圈形状的粒子，称为介子，这些粒子没有完全被外壳包围。介子可以以不同的方式拉伸和改变它们的拓扑属性。

邵说:“我们在室温下拍摄天空。”“当我们加热它并施加一些压缩应力时，它就变成了半个甜甜圈。通过这种方式，性质，拓扑电荷和它们的手性，都改变了这就是我们定义的拓扑相变。skyrmins在一个方向上旋转，但merons在多个方向上旋转。我觉得这很酷。”

邵的原子尺度研究将很快利用一个强大的，新的两层楼高的电子显微镜，它将在中国找到它的家南加州大学迈克尔逊聚合生物科学中心．该望远镜将聚焦到亚埃级，并能够收集材料中原子的大量数据，邵将对这些数据进行挖掘，以构建详细的图像。他把这比作戴上一副新眼镜，让最微小的细节变得清晰。

邵说，他期待着与莫克系的其他研究人员合作，通过解决原子尺度结构构建块的难题来合成量子材料，这将使他们的工作成为可能。

“很多量子材料的原子结构还没有被完全理解，我认为这很适合我的角色，”邵说。

邵提到了物理学家理查德·p·费曼1959年在加州理工学院的一次著名演讲。底部有很多空间，，这预示着未来可以通过操纵原子来创造材料。

“如果你能定位每个原子，在每个三维位置，你就能知道这种材料的任何性质。如果你能把原子操纵成你想要的任何东西，你就能创造出任何材料。”

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