翟学超 闻 睿 顾骏伟

（1．南京邮电大学理学院，南京210023；2．南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院，南京210023）

1 引言

基于传统半导体材料和技术制备的功能量子器件是下一代电子信息产业赖以发展的物质基础。设计、开发和应用多功能高性能的新型量子器件是当代物理基础和技术应用研究领域共同关注的热点课题。如何使电子器件在实际信息处理中保持高稳定性、低功耗等性能的同时，突破传统硅基半导体的逻辑运算框架，进而利用材料或结构的量子特性实现量子计算（非Abel统计）、高精度标准量的定义，是当前备受物理、材料和技术等理论和实验研究领域关注的一个学术难题［1-3］。近年来，凝聚态物理学提出的拓扑态这一全新概念为这一难题的解决提供了一种可行方案。随着实验和理论工作的不断推进，拓扑观念也越来越被认为是打开通向自然界中许多基本物理现象之门的一把钥匙，例如使用Chern数拓扑不变量来理解整数量子Hall效应［4］，使用Z2拓扑不变量和自旋 Chern数来认识量子自旋 Hall效应［5，6］等。不同于传统的电子学器件，拓扑型量子器件中载流子传载信息时由于受拓扑保护而不容易受到杂质、缺陷等不利条件的干扰，信号稳定［4-10］。因拓扑概念的开创性工作，David J．Thouless、F．Duncan M．Haldane和 J．Michanel Kosterlitz获得2016年诺贝尔物理学奖。可以想象，未来基于拓扑型量子器件的设计、开发和应用必将引领新的科技潮流。

如何设计拓扑型量子器件？一种行之有效的方法就是利用外场调控的手段在比较容易生产制备的材料上实现拓扑相变，这也是当前凝聚态物理学前沿领域关注的一个重要的物理问题。……