2026年5月27日——超高速数据传输与超导：量子材料蕴含着巨大的技术前景——前提是我们能在原子尺度上理解它们。日内瓦大学（UNIGE）与萨莱诺大学、巴塞罗那材料科学研究所及意大利国家研究委员会合作，成功观测到拓扑绝缘体中的“量子度量”——这些材料的一种独特几何特性，它们仅在其表面导电。这项研究发表在《自然·材料》上，标志着迈向掌握未来材料的重要一步。

并非所有材料都以相同方式导电。这些差异源于构成材料的电子行为。其中，2006年发现的拓扑绝缘体尤其引起科学家的兴趣。像传统绝缘体一样，它们阻止电流在其内部流动，但值得注意的是，却允许电流在其表面自由流动。

这一现象可通过材料表面电子的独特性质来解释。这些特性对未来电子学（特别是量子计算领域）可能具有不可估量的价值。其中一种特性称为“量子度量”。测量它使科学家能够描述电子运动空间的几何结构。

“量子度量”的新观测

2025年，日内瓦大学理学院量子物质物理系（DQMP）正教授Andrea Caviglia领导的团队首次通过实证测量了这一特性——在此之前，它仅存在于理论中。实验是在一种由钛酸锶和铝酸镧组成的量子材料上进行的。现在，与萨莱诺大学、巴塞罗那材料科学研究所及意大利国家研究委员会合作开展的一项新研究中，该团队报告称，他们已成功在三维拓扑绝缘体中观测到相同效应。这一突破为更好地控制下一代材料的电学特性开辟了道路。

“拓扑绝缘体有多个家族，”研究首席作者、日内瓦大学理学院量子物质物理系（DQMP）高级研究助理Giacomo Sala解释说。“我们在本研究中使用的材料由锑和碲组成，这两种类金属的性质介于金属和非金属之间。它是迄今为止研究最深入的拓扑绝缘体之一，其潜在应用前景十分广阔。”

迈向对新材料的更好理解

“这些新结果扩展并证实了我们之前的观测，而之前的观测是在一种截然不同的材料上获得的。此外，它们还表明量子度量效应可以通过电学方式控制，”领导这项研究的Andrea Caviglia说。“整个科学界现在有了一种新特性，可以在未来材料中探索，特别是研究电子的几何特性如何揭示这些材料的基本本质。”这些材料最终可能取代目前用于数据传输、处理和存储的技术。