在二维范德瓦耳斯材料中，层间微小转角可形成周期性的莫尔超晶格，重塑能带结构并孕育平带超导、强关联电子态和量子反常霍尔效应，催生了“转角电子学”研究。理论上，二维体系可在时间反演对称性保护下形成具有非平庸Z₂拓扑不变量的量子自旋霍尔态（QSH），其边界具无耗散自旋手性通道，是拓扑量子器件与容错量子计算的基础。尽管InAs/GaSb量子阱和1T’-WTe₂中已实现QSH效应，但基于莫尔调控、保持时间反演对称性的转角体系中实现QSH绝缘体仍是未解的前沿难题。
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理国家重点实验室SF09组长期关注二维材料异质结生长以及莫尔物性的调控，比如在二维范德华范德瓦耳斯层状半导体InSe中发现随层数变化的多阶理想二维电子气（ACS Nano 16,13104 (2022)）。最近，该课题组的陈岚研究员和冯宝杰研究员进一步与浙江大学的陆赟豪教授合作，通过第一性原理与紧束缚模型计算发现，InSe的价带顶主要由Se-pz轨道贡献，这些轨道在层间具有强耦合特性。而在双层InSe的莫尔超晶格中，AA堆叠区域的价带能量高于AB堆叠区域，从而构成有效的周期势阱。该莫尔超晶格可等效描述为一个类p轨道的三角晶格模型，在自旋轨道耦合作用下，使得价带具有Z₂拓扑性，而且莫尔畴界处将出现受时间反演对称性保护的拓扑边缘态。
实验上，研究团队在超高真空条件下生长出扭转角为7.34°的双层InSe，并在莫尔畴界处利用STS成像清晰观测到边缘电子态，且其空间分布呈指数衰减，表明该边缘态态局域于莫尔畴边界，且其能量位置与理论完全吻合。进一步施加外加磁场发现该边缘态会消失，证实其受时间反演对称性保护，具有拓扑本征特征。
该研究首次在二维范德瓦耳斯半导体中实现了时间反演不变拓扑态，并在原子尺度下同过实空间观测证实，揭示了通过转角调控莫尔超晶格电子结构实现拓扑量子态的新机制。研究成果为构建基于二维半导体的拓扑器件（如可调型拓扑场效应晶体管）提供了重要物理基础，也为探索层间调控二维拓扑材料体系开辟了新方向，在扭转电子学中开启了研究拓扑量子相的新篇章。
相关工作以“Real-space observation of a time-reversal invariant topological state in twisted bilayer InSe”为题发表在Nature Communications 16,9453 (2025)。物理所博士生田大铖，浙江大学博士生陶圣旦、物理所博士后王宇为文章共同第一作者，物理所SF09组的陈岚研究员、冯宝杰研究员和浙江大学的陆赟豪教授为论文通讯作者。该工作的磁场实验在物理所怀柔综合极端条件实验装置上完成，并得到了博士生张峻铭和魏忠旭副研究员的帮助。该项研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、中国科学院青年科学家基础研究项目及中国博士后科学基金等的资助。
图 转角双层InSe的拓扑边缘态