芬蘭於韋斯屈萊大學（University of Jyväskylä）和阿爾托大學（Aalto University）的物理學家們成功製出了一種二維拓撲晶體絕緣體，這標誌著科學家十多年前預測的一種量子材料首次在實驗中得以實現。此前，由於在開發合適材料方面面臨困難，生產這種材料的嘗試一直受阻。
這項突破由副教授 Kezilbeiek Shawulienu 與阿爾托大學研究人員，包括 Peter Liljeroth 教授和 Jose Lado 教授合作領導。該團隊透過在二硒化鈮（NbSe₂）基板上生長僅由兩層錫碲化物（SnTe）組成的原子級薄膜來製造這種材料。
原子級薄膜晶體揭示獨特的量子態
為了檢測該材料的特性，研究人員結合使用分子束外延法和低溫掃描穿隧顯微鏡，得以以原子級精度探測其電子行為。
他們的測量結果揭示了成對的導電邊緣態，這是拓撲晶體絕緣體的定義性特徵。這些特殊的通道允許電子沿著材料邊緣傳輸，並受到晶體晶格對稱性的保護。
應力控制材料的量子特性
導電邊緣態出現在一個大於 0.2 電子伏特（eV）的電子能帶隙內。該團隊發現，錫碲化物薄膜受到下方基板的壓縮，產生了穩定材料拓撲態所必需的應力。
更重要的是，研究人員證明了可以透過改變應力來調整這些邊緣態，為未來技術調控材料的電子行為提供了一種實用方法。
未來量子電子學的潛力
第一原理量子力學計算證實了觀察到的邊緣態具有拓撲起源。該團隊還研究了相鄰邊緣態如何相互作用，發現由於靜電相互作用和量子隧穿的結合，它們的能級發生了偏移。
由於該材料具有相對較大的能帶隙，預計其拓撲特性即使在室溫下也能保持穩定。這使其成為探索應力可調的二維拓撲態的潛在平台，並可能支持未來基於自旋的電子學和奈米級器件的進展。
研究結果已發表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊上。
