拓扑绝缘体由什么材料制成？

富永──它由重原子组成。这可能是一个困难的话题，但自旋轨道相互作用（电子自旋与电子轨道角动量之间的耦合效应）是关键。钴（Co）和铁（Fe）原本是磁性物质，是元素周期表上相对较轻的原子（第1部分中的注释6），而用于拓扑绝缘体的碲（Te）和锑（Sb）是极重的原子。在重原子中，内壳中围绕原子核运行的电子可以非常快速地移动，从而产生自旋轨道相互作用。由于电子绕轨道运行的速度接近光速，因此可以产生较大的自旋力。这是关键。除非使用重原子，否则无法看到这种现象。

地京──你是怎么找到那个材料的？

富永──（笑）这真是巧合。我们在实验中使用了用于光盘的合金材料，例如锗（Ge）、锑和碲。这种合金被用来创建两种状态，晶态和非晶态，它们之间的电阻差被用作记忆。例如，在晶态下，电阻约为10 kΩ（千欧姆），在非晶态下，约为1至10 MΩ（兆欧姆），因此我们可以通过将电阻值改变两到三位数来创建对应于1和0的存储器。在光盘中，晶体和非晶的反射率差异为20%到30%，因此这个差异被用来对应1和0。

有一天，我被要求开发一种旨在降低功耗的存储器。当我在考虑如何使用这种相变材料创建节能存储器时，我意识到我可以创建两种晶态，锑碲合金（SbTe3）和锗碲合金（GeTe3），而不是使用合金，并在对齐某些晶轴的同时将它们组合起来，这将显着提高电性能并创建节能存储器。

已创建的拓扑绝缘体。

富永──当我凭记忆写下那篇论文后松了口气时，我遇到了311的东日本大地震。地球先生的实验室肯定也是这样，但实验因地震而停止了。水管在大约三个月内完全无法使用，使得实验无法进行。当我阅读其他论文时，我遇到了拓扑绝缘体这个术语，我全神贯注地阅读论文，想知道这是什么。 （如第一部分所述），拓扑绝缘体具有金属表面和绝缘体。随着我读得越多，我开始认为这种具有锑碲取向和锗碲取向两种状态的存储器实际上可能是拓扑绝缘体。因此，我们设计了一种方法来验证它是拓扑绝缘体。幸运的是，我们开发的存储器已经附有电极，因此可以按原样进行测量。到目前为止，实验物理研究人员通过手动将精细电极附着在小晶体（薄片）上来测量它们的特性，因此很容易用我们的材料进行实验。

正如第一部分中提到的，我认为打破拓扑绝缘体中自旋的时间反转对称性会赋予它磁性，所以我在测量过程中将一个用于治疗肩膀僵硬的小磁铁靠近它。结果，电气特性突然发生变化。当我松开手时，一切又恢复正常。这真的让我很惊讶。我研究相变记录材料已经有25年了，一直用的是锗、碲、锑，但这些材料不可能表现出磁性。到目前为止，即使将磁铁单独靠近这些材料，也没有观察到任何变化。即使我查看其他论文，也没有看到那里写着。国内有一篇论文通过添加钴、锰等元素来测量这些材料的磁性能。然而，那是在5K（-268℃）的极低温世界中测量的结果。这就是为什么令人惊讶地发现，只要将一块小磁铁靠近在一起，特性就会发生巨大的变化。当我把实验室的成员聚集在一起，给他们展示一个用小磁铁做的实验时，每个人都很兴奋，说磁特性的出现是因为自旋的时间反转对称性被打破了，证明了我们是拓扑绝缘体。

地京──那是发现新材料的时刻。

富永──是的。也是在室温下。

地京──令人惊奇的是，我们能够使用普通材料在室温下观察到这一现象。

富永──是的。家中可擦写DVD光盘表面涂敷的记录材料是拓扑绝缘体。只是还没有人让它发挥作用。