フィンランドのユヴァスキュラ大学とアールト大学の物理学者たちは、二次元トポロジカル結晶絶縁体——科学者たちが十年以上にわたって夢見てきた物質——を作り出した。彼らは二セレン化ニオブ（NbSe₂）基板上に、二層のテルル化スズ（SnTe）からなる原子レベルで薄い膜を成長させた。これは予測された構造の初の実験的実現であり、室温で動作する量子デバイスへの道を開くものである。
成功の鍵は、基板が膜を圧縮することによって生じる応力である。まさにこれがトポロジカル状態を安定化させる。物質中には、結晶格子の対称性によって保護された伝導性のエッジ状態の対が現れる。電子は損失なくエッジに沿って移動し、内部には0,2電子ボルトを超える大きなバンドギャップが残る。
研究者たちは分子線エピタキシーと低温走査トンネル顕微鏡を用いて、これらの状態を原子レベルの精度で観察した。量子力学的計算がそれらのトポロジカルな起源を裏付けた。さらに、エッジ状態は変形を変えることで調整でき、これは電子特性を制御する実用的な方法を与える。
バンドギャップが大きいことから、トポロジカル特性が室温でも保たれることが期待できる。この物質は、極低温冷却なしに量子効果が働く未来のスピントロニクスやナノデバイスの基盤となりうる。
隣接するエッジ状態は静電的な力と量子トンネリングを通じて相互作用しており、これもまた研究することができた。ケジルベイエク・シャヴリエヌ准教授率いるチームは、ペーテル・リリエロート教授およびホセ・ラド教授との共同研究で、その成果をNature Communicationsに発表した。
今や物理学者たちには、変形させ調整することのできる実在の試料がある——いつか私たちのガジェットに搭載されるであろう量子エレクトロニクスへの一歩である。
