拓扑绝缘体在边缘具有无损传导

半金属二碲化钨的原子薄层沿着晶体边缘的狭窄一维通道无损地导电。因此，该材料是二阶拓扑绝缘体。通过获得这种行为的实验证明，巴塞尔大学的物理学家扩大了拓扑超导的候选材料库。研究结果已发表在《纳米快报》杂志上。

拓扑绝缘体代表了一个关键的研究领域，因为它们有可能在未来的电子产品中用作超导体。这种材料在内部表现得像绝缘体，而它们的表面具有金属特性并导电。因此，拓扑绝缘体的三维晶体在其表面导电，而内部则没有电流流动。此外，由于量子力学，表面的导电性几乎是无损的——电可以长距离传导而不会产生热量。

除了这些材料，还有一类被称为二阶拓扑绝缘体。这些三维晶体具有仅沿某些晶体边缘延伸的导电的一维通道。这种材料特别适合量子计算的潜在应用。

理论预测

专家假设半金属铋具有二阶拓扑材料的一些特性。此外，研究人员还从理论上预测，另一种半金属二碲化钨(WTe 2 ) 的原子级薄层将表现得像二阶拓扑绝缘体——换句话说，它们将在边缘无损地导电，而其余部分该层的行为类似于绝缘体。

由巴塞尔大学物理系和瑞士纳米科学研究所的 Christian Schönenberger 教授领导的团队现在分析了由 1 到 20 层组成的微小二碲化钨晶体。为了确定材料的电气特性，他们在施加磁场之前将超导触点连接到它上面。由于这种材料对氧化很敏感，研究人员在一个特殊的低氧箱中工作，并用另一种在空气中稳定的晶体涂覆二碲化钨。

特征振荡

通过分析主晶体内的电流，科学家们发现了许多缓慢衰减的振荡。“虽然均匀的电流分布会导致快速衰减的振荡，但极导电的边缘状态会产生强烈振荡、缓慢衰减的电流，例如我们测量的电流，”该研究的第一作者、Georg H. Endress 研究员 Artem Kononov 博士解释说在物理系。“对我们的结果唯一可能的解释是，很大一部分电流沿着狭窄的边缘流动。”

“这些观察结果支持二碲化钨是一种高阶拓扑材料的理论预测。这为拓扑超导开辟了新的可能性，这可能在量子计算等领域得到应用，”正在研究堆叠中的拓扑超导的Christian Schönenberger 说。某些二维材料作为 ERC 项目的一部分。

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