2026年9月3日——来自韩国标准科学研究院（KRISS，院长 Dr. Lee Ho Seong）和光州科学技术院（GIST，院长 Lim Kichul）等机构的韩国研究团队，全球首次确认了长期阻碍拓扑绝缘体（TI）纳米线量子信号解读的“拍*”信号的起源。他们的分析证实，拍产生于两种不同量子振荡的重叠：一种由纳米线表面的拓扑电子态产生，另一种由纳米线内部的普通电子态产生。这一成果为解读拓扑量子器件的信号以及实现目标电子态提供了关键判据。

* 拍：指周期略有差异的振荡相互重叠，导致整体振荡强度周期性增强和减弱的物理现象。

拓扑绝缘体是一种内部几乎不导电、但表面存在特殊电子态的量子材料。当这种材料被制成细纳米线时，表面电子会沿其周界运动；当施加磁场时，经过不同路径的电子波会相互干涉，产生“阿哈罗诺夫-玻姆（AB）振荡”，即电导随磁场变化而周期性改变。然而，在真实的拓扑绝缘体中，掺杂等因素会在表面正下方形成一层电子同样流动的薄层。这层薄层也可以充当电子的运动路径，但它是否会与拓扑表面态一同参与AB振荡，此前一直悬而未决。

解开这一问题的线索来自一项热电实验。研究人员在考察锑（Sb）掺杂硒化铋（Bi₂Se₃）纳米线的热电效应中是否也会出现AB振荡时，发现了“拍”。拍是周期略有差异的振荡相互重叠、信号强度随之起伏的现象，就像两支音叉发出强弱搏动的“嗡—嗡”声；正是它成为揭示存在另一种意外振荡分量的决定性线索。基于此，研究人员重新分析了此前的电导数据，证实同样的拍现象其实一直存在。

经过多年的追踪与分析，研究人员得出结论：当来自“拓扑表面态（TSS*）”的振荡分量与来自“二维电子气（2DEG**）”（表面下方一种普通电子层）的振荡分量相互重叠时，便会产生拍。他们发现，电子经过这两种导电态的路径所包围的纳米线横截面积略有差异，由此产生不同周期的振荡，这些振荡叠加起来便形成了拍。

* 拓扑表面态（TSS）：在拓扑绝缘体最外表面形成的特殊电子态。

** 二维电子气（2DEG）：电子在材料表面下方的薄层中聚集并运动的常见电子态。

验证的关键在于振荡频率。由于频率由电子环绕纳米线的路径面积决定，因此只要路径面积保持不变，即使栅极电压改变电子态，频率也应保持不变。然而，由于相邻振荡相互重叠，使用常规频率分析难以将其区分。为此，公州大学Song Taegeun教授领导的合作团队利用机器学习，将以往分析中聚集在一起的振荡分量分离开来，证实即使拍的模式随栅极电压变化，各个频率仍保持清晰可辨。理论计算也重现了观测特征，并且同样的现象在另一独立的纳米线器件中得到了验证。

这项研究清楚地证明，普通电子态同样可以参与AB量子干涉——而AB量子干涉一直被用作识别拓扑表面态的关键信号。由此，该研究为准确解读拓扑绝缘体的量子输运信号、并精确调控所需量子态提供了明确判据，有助于避免误判。

韩国标准科学研究院量子器件组首席研究员Bae Myung-Ho博士表示：“这项成果表明，电子不仅可以通过拓扑态，还可以通过普通电子态运动而产生量子干涉。”他补充道：“为了仅利用所需的拓扑态，精确控制掺杂和栅极、使普通导电态不介入其中非常重要。”

光州科学技术院物理与光子科学系Choi Sang-Jun教授表示：“通过整合各机构研究团队在实验、理论和数据分析方面的能力，这项成果在统一的物理图像中解释了多年来悬而未决的拍的起源。”他还表示：“理解并控制不同电子态之间干涉的原理，未来也可应用于拓扑量子器件的设计。”