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近年來，拓撲絕緣體材料以其獨特的物性吸引了科學(xué)界廣泛的研究關(guān)注。這類材料內(nèi)部是絕緣體，而在邊界或／和表面則顯示出金屬的特性。這種獨特的性質(zhì)無法按照傳統(tǒng)的材料分類方法來區(qū)分。其能帶結(jié)構(gòu)由Z2拓撲不變量來刻畫。目前人們注意力集中在拓撲絕緣體塊材的制備和輸運性質(zhì)研究方面。相對而言，拓撲絕緣體納米結(jié)構(gòu)的研究則剛剛開始，這對構(gòu)造新型的電子學(xué)器件是十分重要的。由于納米制備技術(shù)復(fù)雜，因此目前實驗上難于制備高質(zhì)量的拓撲絕緣體納米結(jié)構(gòu)。

半導(dǎo)體材料HgTe恰巧是一種拓撲絕緣體，并且材料生長和器件制備技術(shù)已相當成熟。在國家基金委，中科院創(chuàng)新工程和科技部的支持下，半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體超晶格國家重點實驗室常凱研究員和博士生婁文凱，從理論上提出了一個利用半導(dǎo)體刻蝕技術(shù)制備拓撲絕緣體HgTe量子點的方案。

在通常的半導(dǎo)體量子點中，基態(tài)中的電子會集中分布在量子點中心。HgTe量子點的電子基態(tài)則分布在量子點邊緣附近。這類新的量子態(tài)是邊緣態(tài)沿量子點邊界量子化的結(jié)果。由于這種特征，人們可以期待在量子點中能夠看到Aharonov-Bohm效應(yīng)，并以此來檢測邊緣態(tài)的存在。同時，這類新的量子點在偶極近似下是光躍遷禁戒的，即所謂的“暗態(tài)”。因此可能用來存儲量子信息。

該研究成果發(fā)表在國際著名物理學(xué)期刊《物理評論快報》。