当施加的电场强度调高时，锗烯会经历拓扑相变，然后变成普通绝缘体。

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石墨烯的价带和导带在一点相遇，使单层晶体成为半金属。研究人员预测，碳外层电子的自旋轨道耦合会在这些能带之间打开一个狭窄的间隙，但仅限于晶体的体积。沿着边缘，自旋相关状态桥接带隙，允许电子无阻力流动：量子自旋霍尔效应。

然而，碳的自旋轨道耦合的弱点意味着这种量子自旋霍尔效应太脆弱，无法观察到。最近，荷兰特温特大学的Pantelis Bampoulis和他的合作者在石墨烯的锗（Ge）类似物锗烯中发现了量子自旋霍尔效应. 此外，他们还表明，锗烯的结构——类似于石墨烯的蜂窝状结构，但轻微弯曲，可以使用电场来关闭和打开量子自旋霍尔效应。

Bampulis和他的合作者在Ge2Pt衬底上的锗缓冲层上生长了锗烯单层。使用扫描隧道显微镜，他们区分了锗烯的边缘态和体态，并测量了在垂直于层的外部电场下电流如何依赖于电压。在低场强下，由于锗的强自旋轨道耦合，锗烯表现出强大的量子自旋霍尔效应。在高场强下，边缘态不再桥接间隙，锗烯成为正常的绝缘体。但在一个临界的中间值，锗烯经历了拓扑相变，因为本体中原本分离的导带和价带聚集在一起，维持量子自旋霍尔效应的对称性被破坏。

锗烯的量子自旋霍尔效应的稳健性以及它可以通过施加电场关闭的事实表明该材料可用于制造室温拓扑场效应晶体管。

这项研究于5月12日发表在《物理评论快讯》国际期刊上。

doi:10.1103/PhysRevLett.130.196401