老哥俱乐部

克日，老哥俱乐部物理学院姚裕贵、余智明团队基于拓扑角态，提出了一种全新的电子学看法：角态电子学，并展现其在量子点领域中有主要的潜在应用。该事情以“Cornertronics in Two-Dimensional Second-Order Topological Insulators”为题揭晓于物理学顶级期刊《Physical Review Letters》。

在物理学中，自由度是反应系统参数的基本看法。古板电子器件使用电子的电荷自由度来处置惩罚信息。在电子器件中引入自旋和能谷自由度，可以极大地扩展电子器件的功效，并导致自旋电子学和能谷电子学的兴起与生长。在物理上，每个自由度都具备奇异的物性，能够为设计电子器件提供新的可能。因此，在新的物理系统中发明新型自由度并展现其中的新颖物性，一直是凝聚态物理研究中的焦点之一。

最近，高阶拓扑绝缘体受到人们的普遍关注。许多质料在理论上被预言为高阶拓扑绝缘体，且部分质料也已被实验所证实。关于二维二阶拓扑绝缘体，其纳米盘的角落处可以泛起拓扑角态。然而，对拓扑角态的物性和调控研究一直较量迟滞。别的，荷载拓扑角态的纳米盘实质上是一种新型的高阶拓扑量子点。

研究团队首先从理论上提出角层耦合的看法以实现电场调控拓扑角态，如图1所示
；诙猿菩云饰，团队给出了可以具有角层耦合的层点群列表，并展望单层TiSiCO家族质料是具有角层耦合效应的二维二阶拓扑绝缘体，如图2（c-d）所示。由于角层耦合，单层TiSiCO的拓扑角态可以通过电场实现一连的、大规模的和可切换的控制，如图2（f）所示。别的，单层TiSiCO纳米盘在每一个角落有多组拓扑角态。这些拓扑角态间的能隙巨细为太赫兹量级，因此可通过太赫兹波段的线偏振光举行引发。更为主要的是，X角落和Y角落处的拓扑角态的光学响应具有角相反的选择规则，即：引发X角落和Y角落拓扑角态的线偏振光的偏振偏向是相互笔直的，如图3所示。这些特殊的光学性子批注，由单层TiSiCO纳米盘组成的新型高阶拓扑量子点可以很自然地探测太赫兹波的光强和偏振。相较而言，使用古板量子点探测太赫兹波需要重大的设计和工艺、且一样平常不可直接探测太赫兹波的偏振。别的，高阶拓扑量子点还具有能隙对系统尺寸不敏感的优点，如图4所示。因此，研究团队提出的角态电子学和高阶拓扑量子点为设计具有可调谐带隙的新型太赫兹器件和角态电子学器件提供全新的可能，具有主要的研究和应用意义。

图1. （a）二维二阶拓扑绝缘体纳米盘中的角层耦合。（b）通过电场调控拓扑角态

图2. （a-b）单层TiSiCO沿红色路径盘算的Wilson loop。（c）单层TiSiCO纳米盘在差别电场下的能级。（d）Ez = 0 时最低一组角态的实空间电荷密度漫衍。（e）Ez = 0.05 eV/? 时1X和1Y角态的实空间电荷密度漫衍。（f）1X与1Y角态间的能量差随电场的转变。

图3. 单层TiSiCO的X和Y角态具有相反的光学选择规则。

图4. (a) 单层TiSiCO纳米盘的限域能随系统尺寸转变。(b) n="7的单层TiSiCO纳米盘在差别电场下的能级。

老哥俱乐部是该事情的第一单位和唯一通讯单位。该事情获得科技部重点研发妄想和国家自然科学基金项目的鼎力大举支持。老哥俱乐部物理学院的姚裕贵教授和余智明教授为论文的配合通讯作者，韩依琳博士生和崔朝喜博士生为论文的配合第一作者。

文章信息：

Yilin Han#, Chaoxi Cui#, Xiao-Ping Li, Ting-Ting Zhang, Zeying Zhang, Zhi-Ming Yu*, and Yugui Yao*; “Cornertronics in Two-Dimensional Second-Order Topological Insulators”, Physical Review Letters, 133, 176602 (2024).

文章链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.176602