拓扑量子材料被誉为未来技术进步的基石。然而，验证其卓越品质始终是一个漫长的过程。ct.qmat 卓越集群的研究人员现已开发出一种实验技术，可通过快速测试系统地识别二维拓扑材料。这一突破可能有助于加速这一蓬勃发展的材料类别的进步。

2007 年，维尔茨堡-德累斯顿卓越集群 ct.qmat(量子物质的复杂性和拓扑)的创始成员 Laurens W. Molenkamp 教授首次提供了拓扑绝缘体这一新型材料的实验证明。这些材料之所以脱颖而出，是因为尽管它们的内部表现得像电绝缘体，但它们在表面上传导电子而没有任何电阻。

自这一突破性发现以来，全球对这些材料的兴趣激增。这是由它们在潜在材料革命中的关键作用以及它们在量子技术中的有前途的应用推动的，例如开发强大、节能且不产生废热的“冷芯片”。

ct.qmat 维尔茨堡发言人 Ralph Claessen 教授指出： “目前，通过实验检测拓扑绝缘体需要高度复杂的研究。它需要庞大的团队和大量的时间来准备材料样本。而且，检测是否成功并不能保证。”

材料革命的快速测试

但现在，维尔茨堡的 ct.qmat 研究团队设计了一种系统方法，可以使用更简单的测量技术在创纪录的时间内识别二维拓扑量子材料。 “本质上，除了有前景的材料样本之外，您真正需要的只是特殊的 X 射线，”JMU Würzburg 的项目负责人 Simon Moser 博士解释道。

“所需的光粒子应该是高频和圆偏振的，这意味着它们具有角动量。这可以使用任何同步加速器光源来实现。

“例如，我们的样品在的里雅斯特的 Elettra Sincrotrone 和位于牛津郡哈韦尔科学与创新园区的英国国家同步加速器科学设施 Diamond Light Source 进行了辐照。”

听起来简单，实际上是拓扑量子材料研究的重大突破。 “如果你在同步加速器上获得一个插槽，你可以在大约一周内确定一种材料是否是拓扑绝缘体。使用传统方法，这至少需要一篇博士论文，”莫泽指出。

利用二向色光电发射成功纺纱

新的快速测试方法的本质在于二向色光发射。材料样品多次暴露于不同偏振的高频光下。例如，最初，只有顺时针旋转的电子从材料中释放出来。随后，只有逆时针旋转的电子被释放。

使用二向色光发射检测电子的不同旋转方向并从而揭示其拓扑结构并不是一个新想法。 2023年，来自维尔茨堡的另一个ct.qmat团队首次使用这种方法分析了kagome金属的拓扑结构。

“他们使用圆形光发射来研究戈薇金属。我们专注于方法并开发了一种现在总是有效的配方，而不仅仅是偶然，”莫泽在解释他的团队的新方法时说道。 “我们的快速测试系统地使电子的拓扑结构可见。”

由于研究人员在研究二维量子材料茚烯方面有着长期的记录，他们还利用这种材料开发了快速测试方法。此外，他们已经将该原理应用于其他材料。最近的一项实验涉及辐照铋样品，数据将很快进行分析。