由日本东北大学成员组成的联合研究小组发现了一种新型拓扑绝缘体(TI)，这是一种不同于传统金属、绝缘体和半导体的独特物质状态。

发现用于量子比特的一维拓扑绝缘体及其他技术

与大多数已知的三维或二维TI不同，该TI是一维的。这一突破将推动量子比特和高效太阳能电池的进一步发展。

TI的内部表现为电绝缘体，这意味着电子不能轻易移动;而它的表面则充当电导体，电子能够沿着表面移动。

自从21世纪首次报道三维拓扑绝缘体以来，研究人员一直在寻找新的拓扑绝缘体。然而，一维拓扑绝缘体仍然难以捉摸。

“一维拓扑绝缘体尤其有趣，因为出现在其端点的电荷实际上构成了量子比特——量子计算中信息的基本单位。因此对量子物理学至关重要，”东北大学理学院助理教授、这项研究的共同作者KosukeNakayama指出。

Nakayama和他的同事将注意力集中在碲(Te)上，这是一种主要商业用途是太阳能电池板和热电设备的半导体。最近的理论预测表明，单螺旋链实际上可能是一维TI。为了验证这一点，该团队需要观察限制在这些链端点的电荷。

这需要制备出没有结构损坏的Te链的干净边缘，这可以通过采用新开发的气体团簇离子束(GCIB)系统实现，该系统可以在纳米范围内修改表面。

随后，他们利用角分辨光电子能谱(ARPES)和微聚焦光束可视化了电荷的空间分布。他们的研究证实，电荷确实出现在链的端点，从而支持了Te的一维TI特性。

Nakayama强调，他们的研究标志着朝着理解一维TI的特性迈出了关键一步，并将带来广泛的好处。“一维TI端点的电荷有多种用途：量子比特、高效太阳能电池、高灵敏度光电探测器和纳米晶体管。

“我们发现的一维TI将有助于加速实现这些应用的研究。”