半導體所等在拓撲絕緣體研究中獲進展

　　拓撲絕緣體是目前凝聚態物理的前沿熱點問題之一。它具有獨特的電子結構，它在體內能帶存在能隙，表現出絕緣體的行為；表面或邊界的能帶是線性的無能隙的Dirac錐能譜，因而是金屬態。這種量子物態展現出豐富而新奇的物性，如量子自旋霍爾效應、磁電耦合、量子反常霍爾效應等。由于這種新奇的物性源自自旋軌道耦合，因而目前所知的拓撲絕緣體都是含有重原子的窄能隙半導體體系，如HgTe,Bi2X3（X=Se,Sb,...)和Heusler合金等材料。這兩個約束極大地限制拓撲絕緣體家族的擴展，而這些材料不夠成熟的生長制備工藝則阻礙了拓撲絕緣體潛在的器件應用。

　　最近，中國科學院半導體研究所常凱研究組和美國加州大學圣巴巴拉分校Van de Walle小組M. S. Miao博士合作，從理論上證明利用GaN/InN/GaN半導體異質結界面的極化電場，可以將InN薄層驅動到拓撲絕緣體相。GaN/InN/GaN系統是應變的異質結系統，強烈的應變引致的界面極化電場導致InN的能帶反轉，同時產生強烈的Rashba自旋軌道耦合，導致拓撲絕緣體相的出現。這是首次打破窄能隙和重元素的限制，在常見的半導體材料中發現拓撲絕緣體相，該工作對拓展和探索新的拓撲絕緣體，及其開展介觀器件的研究具有重要的意義。

　　文章發表在Phys. Rev. Lett. 109, 186803(2012)。該項工作得到了國家自然科學基金委和科技部的經費支持。