拓扑绝缘体纳米线中狄拉克表面态的量子限域

三维（3D）拓扑绝缘体（TI）的非平凡拓扑决定了无隙狄拉克表面态的出现。有趣的是，当3D TI被制成纳米线时，由于量子限域，狄拉克点处打开能隙，导致独特的狄拉克子能带结构。该能隙可用于例如基于TI的未来马约拉纳量子比特。此外，这些狄拉克子能带可通过磁通量调控，是产生稳定马约拉纳零模（MZMs）的理想平台，而马约拉纳零模在拓扑量子计算中起着关键作用。然而，迄今为止尚未有TI纳米线中狄拉克子能带的直接证据。在此，我们展示通过生长极细（直径约40 nm）的体绝缘拓扑绝缘体（Bi$_{1-x}$Sb$_x$)$_2$Te$_3$纳米线，并利用栅极将其化学势调至跨越狄拉克点，可以明确识别狄拉克子能带结构。具体而言，在栅极可调的四端器件上测得的电阻随栅极电压呈现非等间距峰值，我们在理论上证明这是量子限域狄拉克表面态的独特特征。这些TI纳米线为研究拓扑介观物理，以及最终在$s$波超导体邻近效应下的马约拉纳物理开辟了道路。