拓扑物态具有受保护的拓扑边界模式，对局域扰动展现出鲁棒性，在未来的无耗散电子器件和量子信息处理领域具有巨大潜力，是凝聚态物理和量子信息科学领域的前沿热点课题之一。人工量子系统凭借其结构的可定制性和参数的可调性，已成为研究拓扑物态的重要实验平台。然而，迄今为止，基于人工量子系统的拓扑物态研究主要集中在无相互作用的系统，而对具有相互作用的多体拓扑物态的量子模拟仍然面临很大挑战。
这一领域的突破将进一步推动我们对关联拓扑物理的理解，并为未来基于拓扑物态的技术革新奠定基础。2024年8月29日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心Q03组杨锴特聘研究员团队利用自主设计和搭建的电子自旋共振扫描隧道显微镜，实现了几种人工拓扑量子磁体的原子级精准构筑，并对其多体拓扑物态进行了高精度探测，能量分辨率优于100neV。
相关成果以“Construction of topological quantum magnets from atomic spins on surfaces”为题发表在国际学术期刊Nature Nanotechnology上。该工作为多体拓扑态的量子模拟提供了固态研究平台。
物理所研究团队设计搭建的电子自旋共振扫描隧道显微镜（ESR-STM）具有原子分辨的成像能力以及几十个neV的超高能量分辨率，可以在单个原子尺度对自旋系统进行高精度探测与量子相干操控。过去几年，杨锴特聘研究员与合作者利用ESR-STM在单原子尺度开展了系列量子探测和量子模拟的工作。
在自旋操控方面，实现了固体表面单原子自旋态的量子相干控制，测量了单个原子的核磁共振谱线；在人工自旋晶格的构筑与探测方面，实现了耦合双自旋的探测和操控，以及自旋共振价键态的构筑。