不列颠哥伦比亚大学(UBC)的科学家们展示了一种创新方法，能够利用与现代电子器件兼容的机制，实现量子材料拓扑状态的可逆切换。这一研究成果发表在《自然·材料》上，为开发基于拓扑保护电流的新型低功耗电子器件提供了新思路。UBC斯图尔特·布鲁森量子物质研究所的梅根·阿伦森博士指出：“传统电子器件因电阻存在会浪费能量并产生热量，而拓扑电流受对称性保护，有望显著减少耗散。”

研究团队深入揭示了拓扑开关的工作原理。他们通过实验完全控制了材料拓扑“节点环”，这一结构可作为电子的环形高导电通道。当原子晶格保持对称性时，节点环开放，电子自由移动;对称性被破坏时，节点环断裂，出现能隙。研究第一作者Joern Bannies博士表示：“我们拥有一种材料，可随意、可重复地操纵晶体结构对称性，验证了理论预测。”

研究人员还发现了控制拓扑转变的两个关键因素：一是改变晶体中锑与碲的比例，可调整电子数和晶格排列;二是通过在晶体表面沉积钾层，可恢复对称性，闭合能隙，使拓扑电流再次流动。加热样品去除钾后，材料可恢复初始状态，形成类似晶体管的电子开关。班尼斯博士强调：“多次实验均观察到这种切换行为，证明其非偶然现象。”

研究团队利用角分辨光电子能谱(ARPES)技术，绘制了节点环能隙变化时电子结构的变化图。高级研究员马泰奥·米基亚尔迪博士称：“ARPES技术是唯一能直接可视化电子结构的技术，使我们能够实时观察量子跃迁过程。”该研究表明，通过添加或移除电子可调节材料电子拓扑结构，为量子材料技术与现有电子技术的无缝集成开辟了新路径。

更多信息： J. Bannies 等人，《LaSbTe 中拓扑结构的电子开关》，《自然材料》(2025)。期刊信息： 《自然材料》