Bi4Br4 stair-stepped 量子自旋海尔态在室温的直接可视化
介观与纳米尺度物理
2026-02-11 v1 材料科学
摘要
拓扑绝缘体 hosts 具有量子自旋海尔(QSH)效应等异奇量子现象，这种效应实现无电流的三维边缘导电。实现室温和宏观尺度的此类状态对于能源效率的电子器件和量子技术至关重要，却因材料限制面临根本性挑战。本文利用微波阻抗显微镜，直接可视化在-Bi4Br4 纳米线中持续至300 K的稳健QSH态。这种稳定性和可扩展性由stair stepped堆叠配置实现，这是一种多层几何结构，其中QSH边缘态来自单个层面保持空间上解耦。这一配置规避了先前方案中严格的对准和层数约束，允许在数十微米长、数百纳米高的结构中实现稳健的stair stepped QSH(SS-QSH)导电。磁场和温度依赖测量确认其本征拓扑性质。关键的是，SS-QSH和bulk信号随纳米线高度而比例变化，验证了stair stepped的来源。我们的研究结果也成功由有限元分析仿真所复现。这项工作将 Bi4Br4确立为高温拓扑电子器件的实用平台，并演示了一种通用的堆叠策略，用于设计可扩展的QSH系统。
引用
@article{arxiv.2602.09660,
title = {Direct Visualization of Room-temperature Stair-stepped Quantum Spin Hall States in Bi4Br4},
author = {Zhiqiang Hu and Yuqi Zhang and Yuyang Wang and Kebin Xiao and Xiang Li and Zhiwei Wang and Huaixin Yang and Yugui Yao and Qi-Kun Xue and Wei Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.09660},
year = {2026}
}
备注
10 pages, 5 figures