纽约城市学院：氢化渲染解决了三维（3D）拓扑绝缘体的突出挑战

氢化渲染解决了 . 三维（3D）拓扑绝缘体和磁体的硫族化物类中的一个突出挑战。图片来源：Lukas Zhao

由纽约城市学院物理学家Lia Krusin-Elbaum领导的一个团队正在研究，这些研究可以开辟广泛的新量子设备平台，用于利用纳米自旋电子学和容错量子计算的紧急拓扑状态。

物理学家和化学家小组发明了一种新的简单而强大的技术，该技术使用离子氢来降低大量三维（3D）拓扑绝缘体和磁体中的电荷载流子密度。结果是，可以访问强大的非耗散表面或边缘量子传导通道进行操作和控制。他们的研究，“通过三维体积的可逆加氢获得的拓扑表面电流”，发表在《自然通讯》杂志上。

在实验室腔室中实施的基于硫族化合物的拓扑材料和纳米结构的新型氢调谐技术使用从稀盐酸水溶液中插入和提取离子氢，这使得分层拓扑晶体结构和电子条带完好无损，并且具有在钝化表面的同时去除天然表面氧化物的额外好处。在这个过程中 - 城市学院团队在Krushin实验室中测试了二维电传输 - 电子通过H离子与硫族化合物（如Te或Se）的可逆结合而捐赠，并且散装载体密度降低了几个数量级，以实现对稳健拓扑表面状态的访问，而不会改变载流子迁移率或带状结构。+

“这项工作的主要进展是新的加氢过程是完全可逆的，因为氢 - 硫族化合物部分可以通过低温退火协议解离，根据该协议，氢很容易被去除，”CCNY科学系教授Krusin-Elbaum说。“它也是可乘循环和可重复的，从而解决了磁性和非磁性拓扑绝缘体的关键局限性之一，不仅可以应用于材料后生长，还可以应用于完全制造的纳米器件。

Krusin实验室的研究集中在探索新的量子现象上，例如量子异常霍尔（QAH）效应，它描述了在其表面上的离散通道中传导无耗散电流的绝缘体，2D超导性和具有量子化热传输的轴子状态现象，如果工业化以推进节能技术，所有这些都具有潜力。

Krusin-Elbaum和她的团队表示，他们所展示的技术非常普遍，最终可能会提高固有拓扑磁体的潜力，以改变未来的量子电子学。