高质量晶体揭示拓扑绝缘体的新物理

德克萨斯大学达拉斯分校的科学家及其合作者将卓越的晶体生长技能与理论预测相结合，揭示了对称为拓扑绝缘体的材料的新见解。

拓扑绝缘体 (TI) 在内部表现得像绝缘体，但在外部则是导体。拓扑绝缘体有一些独特的家族：强 TI，在自然界中很常见;弱 TI，在实验室中很少见且难以生产;另一个罕见的类称为高阶 TI。

例如，在立方体形状的强拓扑绝缘体中，所有六个面都可以稳健地传导电子。在弱 TI 中，只有四个面导电，而顶面和底面保持绝缘。在高阶 TI 中，电子仅沿选定的铰链移动，其中两个晶面相交。

这项新研究与莱斯大学、加州大学伯克利分校、俄亥俄州立大学等的实验家合作，于 8 月 24 日在线发表在《物理评论 X》上。研究结果首次清楚地表明，德克萨斯大学达拉斯实验室中由铋和碘制成的晶体不仅是弱拓扑绝缘体，而且在室温下还会发生相变，转变为新结构，从而显着改变材料的电子特性。

“我们相信我们的研究提供了确凿证据，声称这碘化铋材料是一种弱TI表示，”兵吕医生，该研究的通讯作者之一的助理教授物理学在自然科学和数学学院在UT达拉斯。他的团队生产了大型、高质量的碘化铋晶体，使这些发现成为可能。“其他研究人员声称已经产生了弱 TI，但他们的证据并不那么有力。

“我们还清楚地证明，在室温范围内只有很小的温降，这种材料就会经历从弱 TI 到更高阶 TI 的拓扑相变。这显着改变了它传导电子的方式，”他说。

德克萨斯大学达拉斯分校物理学副教授、该研究的通讯作者Fan Zhang 博士说：“这项工作不仅对室温下潜在的电子或计算应用很重要，还因为它代表了两个全新的数个电子以两种惊人的方式组织起来的物质相。”

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