記者從中國科學技術大學獲悉，科研團隊將拓扑材料制成掃描隧道顯微鏡針尖，發展出原子尺度自旋探測新方法，並獲得鉀釩硒氧表面存在二維d波交錯磁序的直接實驗証據，這一針尖在未來有望成為觀察電子自旋的“原子級放大鏡”。

這一研究由中國科學技術大學物理學院陳仙輝教授、王震宇教授團隊聯合該校化學與材料科學學院向斌教授、香港科技大學劉軍偉教授等合作者共同完成。相關成果於13日晚發表於國際學術期刊《自然》。

自旋是電子的一種基本屬性，與材料的磁性密切相關。要深入了解一種材料的磁性，除了觀察原子如何排列，還需要研究電子自旋的分布。在原子尺度辨識自旋相關電子態，是研究量子材料中演生現象的重要手段。

傳統自旋分辨探針通常借助磁性針尖獲得自旋敏感性。而在拓扑螺旋邊界態中，反向傳播的電子攜帶相反的自旋，有望提供一種新的自旋選擇機制。此前，陳仙輝、王震宇團隊在層狀材料碘化鉍單晶的單層和雙層台階處均觀測到穩定且純淨的一維螺旋邊界通道，其層間雜化耦合極弱，為利用同族拓扑材料構筑邊界態針尖提供了實驗思路。

螺旋邊界態探針的工作原理示意圖。（中國科學技術大學供圖）

研究團隊通過聚焦離子束微納加工，將溴化鉍單晶制備成具有原子分辨能力的掃描隧道顯微鏡針尖，並驗証其自旋選擇性。隨后，團隊將這一方法用於交錯磁體候選材料鉀釩硒氧的研究。結合理論分析和對比實驗，所有結果支持了該體系表面層的二維d波交錯磁序。

陳仙輝介紹，該工作展示了拓扑量子材料作為物態測量探針的潛力：拓扑邊界態不僅可以被觀測，還可以用於探測其他材料的自旋相關電子態。這一方法有望應用於二維磁體和莫爾材料，為研究其原子尺度自旋特征提供新的方法和技術。（記者何曦悅、周暢）