鈦酸鍶（STO）襯底是一種鈣鈦礦氧化物材料，以其高介電常數（ε）而聞名，有助于觀察各種（高溫）量子現象。由于STO的高ε，最近已經在低磁場（B）中實現了量子霍爾拓撲絕緣（QHTI）態，該量子霍爾拓撲絕緣（QHTI）態包括QH態的兩個副本，具有由自旋極化的U（1）軸旋轉對稱性保護的反平行的兩個鐵磁邊緣自旋重疊，該低磁場甚至高達約100K。然而，盡管使用了重STO襯底，二維（2D）TI相中的鄰近誘導量子自旋霍爾（QSH）態尚未得到證實，其特征是時間反轉對稱內的拓撲保護螺旋邊緣自旋相。
通過使用單層hBN間隔物，青山學院大學J. Haruyama等揭示了放置在STO上的同一單個石墨烯樣品中QSH（B = 0T時）和QHTI（B≠0時）狀態的共存，在低B時兩者之間存在交叉區域。
本文要點：
（1）
此外，這兩種狀態中兩個非平凡螺旋邊緣自旋相位的不同對稱性導致在交叉區域中與STO的局部表面口袋引起的電子池量子點的不同相互作用，從而導致僅QHTI狀態的自旋退相。使用STO基底獲得的結果為研究具有不同對稱性的新型QH自旋態及其與量子現象的相關性打開了大門。
（2）
這一探索對自旋電子學器件的潛在應用具有價值。
參考文獻:
R. Obata, M. Kosugi, T. Kikkawa, K. Kuroyama, T. Yokouchi, Y. Shiomi, S. Maruyama, K. Hirakawa, E. Saitoh, J. Haruyama, Coexistence of Quantum-Spin-Hall and Quantum-Hall-Topological-Insulating States in Graphene/hBN on SrTiO3 Substrate. Adv. Mater. 2024, 2311339.
DOI: 10.1002/adma.202311339
https://doi.org/10.1002/adma.202311339
