观察三维量子自旋拓扑绝缘体中的鲁棒一维边缘通道
介观与纳米尺度物理
2026-01-01 v1 材料科学
强关联电子
摘要
拓扑保护的边缘通道为量子器件提供了前景。它们已在二维量子自旋拓扑绝缘体 (QSHI)、弱拓扑绝缘体和更高阶拓扑绝缘体 (HOTI) 中得到实验观察，但实现这些拓扑的材料数量仍相当有限。本文我们为一种新命名的三维 (3D) QSHI 提供了证据。其拓扑性质仅源于每个 晶体平面上的非零 自旋 Chern 数，并在具有平凡对称性指示器的 bulk -BiI 中实现，我们通过密度泛函理论计算证明了这一点。我们通过扫描隧道显微镜在该材料的每一种单层和双层阶梯处观察到了相关的边缘态。一致地，边缘态在阶梯边缘处既未被中断，也未因缺陷而产生散射，证明了其符合非平凡拓扑所预期的螺旋特性。此外，我们在双层阶梯上直接观察到了两个独立的边缘通道，且未见可见的相互作用间隙开启，表明这些边缘模式对垂直堆叠具有鲁棒性。我们的结果将 -BiI 确立为 3D QSHI 的第一种实现材料，其定义超出了拓扑对称性指示器的范围，并为该物质在 bulk 单晶中实现近似量子自旋哈尔导电性提供了通路。
引用
@article{arxiv.2512.23277,
title = {Observation of robust one-dimensional edge channels in a three-dimensional quantum spin Hall insulator},
author = {Shuikang Yu and Junze Deng and Wenhao Liu and Yunmei Zhang and Yiming Sun and Nikhil Dhale and Sheng Li and Wanru Ma and Zhuying Wang and Ping Wu and Zuowei Liang and Xuecheng Zhang and Bing Lv and Zhijun Wang and Zhenyu Wang and Xianhui Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.23277},
year = {2026}
}
备注
16 pages and 4 figures