我系拓扑绝缘体研究项目成果入选2010年中国高等学校十大科技进展

 

近日,物理系薛其坤院士领导的研究团队所负责的拓扑绝缘体研究项目成果获得2010年中国高等学校十大科技进展。薛其坤院士研究团队与中国科学院物理研究所的同事合作,在国际上首次发展了高质量拓扑绝缘体薄膜的分子束外延制备技术,观察到了拓扑绝缘体表面金属态的朗道量子化,从实验上证明了拓扑绝缘体是二维无质量的狄拉克费米体系并受时间反演对称性保护。这些基础研究工作具有突破性的意义,为实现理论预期的拓扑绝缘体的许多重要效应并使这种材料走向应用奠定了基础。清华大学该研究团队在这一领域取得的一系列创新性成果,使得我国在这一方向上的研究处于国际领先地位。

拓扑绝缘体是物理学刚刚发展起来的一个全新的前沿方向,是目前国际上凝聚态物理领域倍受关注的一个研究热点。传统意义上的材料可分为“金属”和“绝缘体”两大类,拓扑绝缘体则介于这两大类材料之间,是由电子的自旋运动和轨道运动相互作用所导致的一种新的量子物态,它使绝缘材料的表面变成导电的金属。这种特殊的“金属态”受拓扑性质的保护,与材料的具体几何结构没有直接关系,具有极强的抗干扰能力,因此非常稳定。在拓扑绝缘体中,信息的处理和传递与电子的自旋运动紧密相关,而不像目前信息技术中仅靠电子的电荷性质。这种奇特的性质使得拓扑绝缘体有可能在未来低能耗自旋电子学和量子计算等领域具有重大的应用前景,有可能会导致信息技术的重大革命。