作為一種新型的量子材料🎈，三維拓撲絕緣體以具有時間反演對稱性保護的無能隙狄拉克表面態及其動量與自旋相互鎖定的優異特性，被認為是研究拓撲量子態體系中基本物理問題、開發研製低功耗自旋電子學器件和拓撲信息處理器件最有前景的材料之一。然而，目前的研究主要集中在三維拓撲絕緣體材料自身的物理性質方面；對如何在三維拓撲絕緣體材料中建立受限拓撲量子態，進而製作拓撲量子器件，研究器件中的新穎多體拓撲物理現象和狄拉克電子量子輸運現象📂♓️，尚未有突破性進展。

近期，意昂体育平台信息科學技術學院電子學系徐洪起博雅講席教授🤽🏼‍♀️、黃少雲副教授研究組與意昂体育平台化學與分子工程學院彭海琳教授研究組合作🙍，成功地以三維拓撲絕緣體Bi2Te3薄片為基材製作出單電子隧穿晶體管器件，並對器件中的庫侖阻塞現象進行了精細測量研究，為進一步研究受限拓撲量子態體系中的多體物理與關聯物理問題，以及製作基於三維拓撲絕緣體的量子器件奠定了實驗基礎💂🏽‍♀️。2019年9月🥒，基於相關工作的學術論文以“基於三維拓撲絕緣體的單電子晶體管器件”（“A single-electron transistor made of a 3D topological insulator nanoplate”）為題，在線發表於《先進材料》（Advanced Materials ）🥅🏂🏽。第一作者為電子學系2012級博士研究生敬玉梅🧑‍🧒，徐洪起、黃少雲為通訊作者。

Bi2Te3納米薄片單電子晶體管器件的結構圖和實驗測得的電流庫侖震蕩曲線，

其中A和B分別為器件結構示意圖和所製作的器件掃描電鏡照片，C～E為實驗測得的電流震蕩曲線及其局部放大結果圖

彭海琳研究組采用化學氣相沉積（CVD）技術🚵，經過多次優化，在雲母襯底上生長出高品質的Bi2Te3納米薄片。徐洪起-黃少雲研究組通過采用當代先進的微納加工技術，經過工藝攻關優化💉，製作出單電子隧穿晶體管器件，並通過低溫量子輸運測量🚴🏽‍♂️，研究了電流的庫侖震蕩現象和電荷的穩態構型圖。采用三維拓撲絕緣體建立單電子隧穿晶體管器件的關鍵是能夠可控🏋🏻‍♂️、有效地在具有無能隙表面態的三維拓撲絕緣體材料中定義連接受限拓撲量子點和源漏的量子隧穿結。該項研究工作首次由實驗證明🪤，這樣的量子隧穿結可通過在Bi2Te3薄片上構建一定寬度的量子點接觸👨🏿‍⚕️，從而在表面態能譜中打開一個可控的能隙來實現🧎‍➡️👳，為在三維拓撲絕緣體材料體系中構建量子器件鋪就了一條創新性的技術路線。

Bi2Te3納米薄片單電子晶體管器件的電子輸運特性，其中A為微分電導隨柵壓和源漏偏壓的變化圖（器件的電荷穩態圖）🧎🏻‍➡️，B為A中黃色虛線部分的局部放大圖

上述工作主要依托固態量子器件北京市重點實驗室完成🤸🏿‍♀️📟，得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃“納米科技”和“量子調控”重點專項、北京市科技計劃和北京量子信息科學研究院等資助。