近日，光子芯片研究院特聘教授岳增记博士与莫纳什大学、新南威尔士大学等多所高校的研究人员合作在Nature Communications发表了题为“Top-down patterning of topological surface and edge states using a focused ion beam”的研究论文。该研究报道了一种利用离子束调控拓扑表面态与边界态的新方法，有助于实现可控量子器件的开发与应用。第一作者为Abdulhakim Bake，通讯作者为David Cortie。岳增记博士为此项研究提供了关键性的晶体材料。
拓扑绝缘体是一类具有特殊电子能带结构的材料，其内部呈现出绝缘态，而表面或边界区域则表现出导电性。这种性质使得拓扑绝缘体具有非常重要的应用潜力，尤其是在电子学和量子计算领域。Sb2Te3作为一种典型的拓扑绝缘体材料，它的表面电子结构中只有一个狄拉克锥，体带隙为0.2-0.3 eV。由于Sb/Te位的破坏，非晶态Sb2Te3不存在受拓扑保护的表面态。拓扑绝缘体的导电边界态出现在特征不变量ℤ2 从1 变为0的界面处。这些状态为量子电子学提供了应用前景。
此项研究表明用离子束改性的 Sb2Te3 单晶表面可切换拓扑结构，即从拓扑绝缘体进入非晶态典型绝缘体。这归因于在无序强度阈值处从ℤ2= 1 →ℤ2= 0 的转变。这一观察得到了密度泛函理论和模型哈密顿计算的支持。论文中展示了利用离子束反向光刻图案化拓扑表面阵列与棱角的实验，为拓扑电子器件发展奠定了重要基础。
离子束刻蚀的无序区域抑制了表面电导率
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37102-x
