Kymmenen vuotta vanha teoria on toteutunut: 2D-topologinen materiaali toteutettu

Kaksiulotteinen topologinen materiaali, jota on etsitty vuosia, on nyt toteutettu tutkimusyhteistyön tuloksena. Tutkimusta johti Jyväskylän yliopiston apulaisprofessori Kezilebieke Shawulienu, ja se toteutettiin yhteistyössä Aalto-yliopiston tutkimusryhmien kanssa (professori Peter Liljeroth ja professori Jose Lado). Tutkimusryhmä loi materiaalin kasvattamalla atomaarisen ohuen tinatelluridikalvon (SnTe) niobiumdiselenidisubstraatille (NbSe₂). 

Molekyylisuihkuepitaksiaan perustuvan materiaalikasvatuksen jälkeen tutkijat karakterisoivat järjestelmän sähköiset ominaisuudet atomitasolla matalan lämpötilan tunnelointimikroskopian avulla. SnTe saarekkeiden reunoilla havaittiin johtavia reunatiloja; nämä ovat topologisten kide eristeiden tunnusmerkkejä, jotka ovat kidehilan symmetrian suojaamia. 

Jännitys avainasemassa topologisten reuna-tilojen hallinnassa 

Reuna-tilat muodostuivat SnTe-kalvon sähköisen energia-aukon sisälle. Mittaukset osoittavat, että SnTe-kalvo kokee alla olevan substraatin aiheuttaman puristusjännityksen, jolla on ratkaiseva merkitys topologisen faasin vakauttamisessa. Tulokset osoittavat, että topologisia reunatiloja voidaan säätää jännityksen avulla, mikä tarjoaa keinon hallita niiden sähköisiä ominaisuuksia. 

Kohti nanomittakaavan laitteita 

Kvanttimekaaniset simulaatiot vahvistavat havaittujen reunatilojen topologisen alkuperän. Tutkijat selvittivät myös viereisten reunatilojen välistä vuorovaikutusta ja paljastivat sähköstaattisen vuorovaikutuksen ja kvanttitunneloinnin yhdistelmän aiheuttamat energiasiirtymät. 

Reunatilat elävät on poikkeuksellisen suuressa energia-aukossa (0.2 eV) ja siksi topologisten ominaisuuksien odotetaan säilyvän myös huoneenlämpötilassa. Tulokset tarjoavat uuden kokeellisen alustan jännityksen avulla säädettävien kaksiulotteisten topologisten tilojen tutkimiseen ja voivat mahdollistaa tulevia edistysaskeleita spin-pohjaisessa elektroniikassa ja nanomittakaavan laitteissa. 

Tutkimus on julkaistu Nature Communications -lehdessä.

Artikkelin tiedot:

• Strain-induced two-dimensional topological crystalline insulator in bilayer SnTe, Nature Communications, 21.1.2026

• DOI numero: https://doi.org/10.1038/s41467-025-67520-y

• Linkki artikkeliin: https://www.nature.com/articles/s41467-025-67520-y