双拓扑绝缘体（dual Topological insulator, DTI）是拓扑绝缘体（TI）和拓扑晶体绝缘体（TCI）的合称，其拓扑能带结构同时受时间反演对称性保护和晶体对称性的保护。由于多个拓扑表⾯态的共存，双拓扑绝缘体可望具有更⾼⾃旋流-电荷流转换效率。此外，⼈们通过打破⼀个反演对称性⽽保持另⼀个反演对称性，可为能带结构、⾃旋输运与光学性质的拓扑调控提供更多可能性。
到⽬前为⽌，双拓扑绝缘体能带结构已经通过密度泛函理论计算、⻆分辨光电⼦发射光谱(ARPES)和扫描隧道谱得到了证实。然⽽，双拓扑态能带结构带来的量⼦输运与圆（线）偏振光阀效应的影响尚不清楚。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中⼼磁学国家重点实验室M04课题组成昭华研究员研究组⼀直致⼒于拓扑材料的⾃旋输运研究。
在先期的⼯作中，他们通过拓扑材料能带调控将Bi2Se3体系的⾃旋流-电荷流转换效率λIEE提⾼了⼀个量级；进⼀步实现了(Bi2Se3)N低维拓扑超晶格可控⽣⻓，并对其不同截⽌⾯进⾏了能带计算（DFT）和测量（ARPES）。能带结果发现Bi截⽌⾯具有Rashba型的Dirac表⾯态，且具有巨⼤的⾃旋动量劈裂；⽽Bi2Se3截⽌⾯具有拓扑绝缘体和拓扑晶体绝缘体相共存的特性。
通过室温⾃旋泵浦测量，发现Bi截⽌⾯超晶格的λIEE⾼达1.26nm，Bi2Se3截⽌⾯超晶格λIEE提升到0.19 nm，将纯Bi2Se3的λIEE（~0.035nm）提升了⼀个量级以上。通过⾃旋Hanle进动测量发现，在低维尺度下双拓扑保护使得Bi2Se3截⽌⾯的⾃旋寿命τs⾼达1 ns，Bi截⽌⾯的⾃旋寿命τs也可达0.4 ns。该⼯作不仅预示着多重拓扑保护下⻓距离⾃旋输运的可能性。
最近他们与美国北卡罗莱纳州⽴⼤学孙达⼒副教授再次合作，系统研究了双拓扑超晶格(Bi2Se3-Bi2)N的能带调控、输运、以及圆（线）偏振光阀效应(circularly and linearly polarized photo-galvanic effect，CPGE和LPGE)。他们通过超⾼真空分⼦束外延系统，制备出⾼质量双拓扑超晶格(Bi2Se3-Bi2)N。
从ARPES的测量中可以清楚地看到拓扑绝缘体（TI）表⾯态 (狄拉克点位于Γ)和拓扑晶体绝缘体（TCI）表⾯态(狄拉克点位于镜⾯投影线Γ-M⽅向上)的共存。当堆叠层数N从1增加到13时，TCI的Dirac点从N=1时的-0.25 eV (TI为-0.8 eV)移动到N=13时的+0.1 eV(TI为-0.5 eV)，TCI狄拉克点逐渐接近费⽶能级，最终在N=7时越过费⽶能级。
⼤约0.3eV的能带移动充分说明了堆叠层数对于电⼦结构调控的有效性。
磁导(MC)测量结果表明改低维双拓扑超晶格绝缘体存在电⼦-电⼦相互作⽤(EEI)和弱反局域效应(WAL)。当TCI的狄拉克点位于费⽶能级附近时，有更多的输运通道贡献WAL使得弱反局域系数α随堆叠层数呈现阶梯型变化，最⼤值接近1.5。
此外，通过低能光⼦激发的探测，堆叠层数(N)调控能带变化也导致了明显的N依赖的CPGE和LPGE。CPGE起源于⾃旋劈裂能带之间的选择定则，其随N呈现的阶梯状变化可以由能带的变化来解释。当N较⼩或较⼤时，更少的电⼦态符合选择定制，因此光电流较⼩。⽽LPGE起源于能带间的不对称散射，⽽且随光的⼊射⻆度呈现奇函数这⼀特征更加证明了LPGE的⾮平庸性。在此体系中LPGE来源于TI和TCI电⼦态间的散射。
实验结果表明，在双拓扑超晶格中，表⾯态电⼦结构对量⼦输运和光激发具有⾼度可调性，这为研究⾮平庸的CPGE和LPGE提供⼀个良好的平台，将为⾃旋电⼦或光⾃旋电⼦学器件应⽤⽅⾯的双拓扑态的研究提供更多的参考。相关⼯作发表在Advanced Materials. 202208343（2023）。