当材料以超薄层的形式存在——即仅仅一个或几个原子的厚度时——它与相同材料的较厚样品具有完全不同的性质。这是因为将电子限制在二维平面中会产生奇异的状态。由于二维材料的尺寸扁平，而且与现有半导体技术具有广泛的兼容性，因此很有希望在电子设备中利用这种新的现象。

这些状态包括量子自旋霍尔绝缘体，它们沿着边缘导电，但在内部是电绝缘的。将这种系统与超导性相结合，被认为是将拓扑超导态实现工程化的一条途径，并且有可能应用在未来的拓扑量子计算机中。

现在，日本理化学研究所先进设备实验室的Michael Randle与其同事和富士通公司的合作者一起，创造出了一种二维约瑟夫森结，其活动组件完全由一种被称为量子自旋霍尔绝缘体的材料制成。

约瑟夫森结通常是通过在两个单质超导体之间夹入一层绝缘层材料而制成的。相比之下，Randle和他的团队利用单层二维碲化钨单晶制造了他们的器件，这种材料此前已被证明能同时呈现超导态和量子自旋霍尔绝缘体态。

Randle说：“我们完全用单层碲化钨制造了约瑟夫森结。我们是通过利用静电栅极来调控超导状态的能力从而实现这一目标的。”

该团队使用薄薄的钯层连接到由氮化硼包围和保护的碲化钨层的侧面。当他们测量样品的磁响应时，他们能够观察到干涉图案，这是具有二维超导引线的约瑟夫森结的特征。

虽然这项研究为人们理解二维系统中的复杂超导性提供了一个框架，但还需要进一步的工作才能清楚地识别出这些系统中所蕴含的更为奇特的物理特性。他们面临的挑战是，碲化钨很难加工成器件，因为在环境条件下，其表面会在几分钟内迅速氧化，这就要求所有制造过程都在惰性环境中进行。

Randle解释道：“我们下一步是通过使用化学机械抛光等工艺，来实现超平坦预图案化栅极结构，如果能实现这一目标，我们希望能形成具有精确定制几何形状的约瑟夫森结，并通过利用我们最先进的微波谐振器实验技术，来观察和研究这些组件的令人兴奋的拓扑性质。”（编译:Tmac）