2月12日，一项由来自ALBA同步加速器等多个国际机构的研究人员共同参与的研究取得了重要进展，为二维(2D)拓扑绝缘体和磁性拓扑绝缘体(IMTI)接触时的电子特性提供了关键见解。相关研究成果已发表在《材料今日进展》杂志上。

这项研究聚焦于如何在MnBi?Te?家族化合物上外延生长铋双层(Bi-BL)，从而形成具有潜在应用价值的混合电子态。拓扑绝缘体领域因其独特的无耗散边缘态特性而备受瞩目，这些边缘态能够承载电流而不会损失能量，为创建超低功耗电子设备提供了可能。而磁性拓扑绝缘体，如MnBi?Te?，则因其内在的磁序而展现出奇异的量子相，如量子反常霍尔(QAH)效应和轴子绝缘体态，为下一代量子技术的发展开辟了道路。

二维拓扑绝缘体与IMTI的结合被看作是产生具有可调陈数的新量子态的有效途径，这将极大提升材料的电子特性控制能力和实际应用潜力。本研究旨在合成并表征由MnBi?Te?家族材料上的Bi双层组成的异质结构，以探索其独特的电子特性。

研究小组结合角分辨光电子能谱(ARPES)和密度泛函理论(DFT)计算，发现铋双层与MnBi?Te?的表面拓扑态相互作用，形成了类狄拉克界面态。尽管铋双层的整体能带结构在IMTI基底上保持不变，但表面拓扑状态的混合却随基底而变化。这一发现表明，Bi和IMTI的电子态杂化可以设计成实现高陈数量子态，从而拥有多个无耗散边缘传导通道，这将显著提升量子器件的性能。

同步加速器光技术在本次研究中发挥了关键作用，特别是在ALBA的LOREA光束线上进行的高分辨率ARPES测量，精确绘制了不同光子能量下的电子结构，证实了混合界面态的存在，并通过实验验证了这些新异质结构的理论预测。此外，同步辐射光源还有利于进行温控实验，确保了电子特性的稳定性。

此次研究不仅代表了利用Bi-BL/IMTI异质结构实验产生高陈数量子态的重大进展，还成功展示了外延生长、混合电子态以及具有交换分裂的一维边缘态的出现。

双层沉积之前(底部光谱)和之后(顶部光谱)的 MnBi?Te? 的 Bi-5d 线的实验核心能级光谱和拟合数据。数据是在光子能量为 40 eV 时获取的。顶部和底部插图显示在初级电子能量为 80 eV 时拍摄的相应 LEED 图像。 (b、c) 在 Bi 沉积之前 (b) 和之后 (c)，在温度为 76 K 和光子能量为 21.2 eV 的情况下，MnBi?Te? BZ 的 Γ?M? 方向的宽能量区域中的 ARPES 色散关系。