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边界处具有拓扑保护的无带隙金属态,虽然已经

时间:2019-09-30 02:15来源:设备资讯
近年,物理大学李漼春教师课题组利用分子束外延技术第二遍发育出大范围高水平的黑磷结构的单层Sb,利用扫描隧道显微镜对协会特性进行了特征,并与中国科学技术大学物理系的朱

近年,物理大学李漼春教师课题组利用分子束外延技术第二遍发育出大范围高水平的黑磷结构的单层Sb,利用扫描隧道显微镜对协会特性进行了特征,并与中国科学技术大学物理系的朱文光教师课题组合作开展了着重视原理总计。该工作以“Van der Waals Heteroepitaxial Growth of Monolayer Sb in Puckered Honeycomb Structure”为题于二〇一八年3月5日在线刊登于Advanced Materials(

二维拓扑绝缘体具备量子自旋霍尔效应,有大概在未来低耗能自旋电子零件具备应用前景。它的体能带是装有带隙的半导体,边界处具备拓扑爱慕的无带隙金属态,并装有自旋-动量锁定特性。自从量子自旋霍尔效应在HgTe/CdTe量子阱中被发觉的话,商讨职员正在着力查找可以实际行使的2DTI资料。但是,寻找一种结构稳固性的着实含义的二维拓扑绝缘体具备异常的大的挑衅。二零一四年,MIT理论研商组在答辩上估算【Qian et al., Science 346, 1344单层的1 T’-相连结金属硫属化合物是一类新的二维拓扑绝缘体材质。那类新的拓扑材料结构稳固性,有中度的体带隙,并且其拓扑性能够被电场调控,适于营造范德瓦尔斯逻辑开关器件。

鉴于在光电器件领域的绝密应用价值,单层二维材质的商讨是目前凝聚态领域的钻研火热。黑磷由于具备极度的特色曾一度受到关怀。但是,黑磷在氛围中不平静,很容易分解。大家平昔致力于寻觅结议和性质与黑磷类似,然而化学牢固的代表材质。由于As和Sb与P处于一致主族,假使存在黑磷结构,可能会有所相似的品质,化学属性也说不定会更平稳。迄今截止,单层的黑磷平素是通过机械剥离的方法获得,直接生长单层黑磷大概相似结构的其他单质材质在执行上大约不恐怕。固然一度有多量的总结专门的学问对黑磷结构的单层Sb实行了展望,然则实验上还并未有合成出高水平的单层alfa相Sb。当中一个首要的因由是alfa相的Sb体材料在天体中并空中楼阁。

近几年来,我校物理高校李虎春课题组一向从事于二维拓扑材质的实验查究,并打响地应用分子束外延手艺在双层石墨烯衬底上生长出单层的1T’-WTe2,通过扫描隧道显微镜直接观看见一维的拓扑边界态。相关的成果已于2017年见报在Physical Review B ( Physics (

该课题组经过成员束外延技巧,成功地在WTe2衬底上制备出微米尺度的高水平单层alfa相Sb。单层alfa相Sb的成功制备得益于玄妙地应用了衬底的两全晶格相配效用。扫描隧道显微镜衡量呈现多层的Sb薄膜仍旧能够保持alfa相的布局。借助于扫描隧道显微谱的准粒王叔比干涉衡量技能,该课题组对单层Sb的能带结构进行了特点,发掘在费米面处设有线性的色散关系。实验结果与注重原理的计算结果相符的很好。实验上还发掘alfa相Sb薄膜具备拾贰分好的电导。令人竟然的是,单层的alfa相Sb极度安静,能够在空气中留存而不被氧化或表达。因而这种alfa相的Sb单层质感有大概在今后的光电领域具备应用价值,越多的奇异性质有待进一步切磋。

实验结果申明单层1T’-WTe2在低温下显现绝缘行为,与微单子近似下的DFT计算结果并不均等。为解释这种争论现象,已经提议了若干种理论模型。然则,由于缺少对单层1T‘-WTe2能带结构的Mini领悟,学术界对此难点还设有着顶牛。

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近来,小编校物理大学李嗣升春教授课题组在二维拓扑绝缘体的钻研方面又得到了最首要扩充,他们依附高分辨的扫视隧道显微谱和准粒王叔比干涉技巧正确地特色了单层-1T’-WTe2的能带结构,鲜明了其为半金属型能带,搞定了第一手以来存在的争持。同期,他们在费米面相邻观测到一个特其余能隙。通过扫描隧道显微谱实验,开掘该能隙一直被钉扎在费米面处,并且能够趁机费米能级的岗位调控而运动。通过解析,他们开采这一个能隙并不是直接以来被公众感到的自旋轨道耦合带隙,而是由于电子-电子彼此成效而开采的库仑能隙。库仑带隙的展开药方可有效地遏制WTe2体电导的侵扰,导致低温下的绝缘行为,进而使得更便于观望到量子化的拓扑边界电导。依据Anderson局域化理论,这种库仑能隙很可能也设有于其余的二维连串里面。

图一: 在WTe2衬底上生长的Afla相Sb单层和多层. Sb外延在WTe2上的暗暗提示图; 扫描隧道显微镜形貌图; 原子分辨形貌图; 从单层到多层Sb的dI/dV谱; Sb薄膜的Raman光谱衡量结果。

连带研商成果于二零一八年二月4日以”Observation of Coulomb gap in the quantum spin 哈尔l candidate single-layer 1T’-WTe2”为题公布于《自然.通信》(

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特别谢谢固体微结构物理国家首要实验室、人工微结构科学与技艺联合立异为主、国家科学和技术部首要商量安顿,国家自然科学基金面上项目、中组部青年千人布署、广东省双创人才和六大人才高峰等种类提供的资金财产帮助。

图二: 单层Sb薄膜的准粒比干涉实验. 实验测得的结果; 理论总计的等能面; 理论模拟获得的JDOS图; 实验度量获得的费米面相近的能量色散关系.

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多谢物理大学陈延彬教师课题组提供了WTe2衬底样品和电输运性质的度量。感激物理大学高力波教授课题组提供了原子力显微镜衡量和Raman衡量。第一性原理总括由中国科学技术大学的朱文光教授课题组完毕。该专业获得了固体微结构物理国家主要实验室、人工微结构科学与本领协同立异中央、双世界级建设,科学技术部主要不利切磋安顿、国家自然科学基金、广西省双创人才陈设和六大人才高峰等类别的接济。

图1. 单层WTe2 的STM形貌图和STS谱. 石墨烯上生长单层WTe2原子模型 单层WTe2原子分辨图. 单层WTe2对应的布里渊区. STS谱随空间地点的转移, 土色和红色箭头分别对应库仑能隙和价/导带的交叠区域. , 三个杰出能量的dI/dV maps, 准粒比干涉爆发的长空波动清晰可见.

(物理高校 科学技艺处)

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图2. 准粒比干涉图样与傅立叶转变结果. 分歧能量下的准粒比干涉图案的傅立叶转换结果. 沿着Y-Γ-Y 方向的能带结构暗示图. 由实验获得的Y-Γ-Y 方向的E-q 能带色散关系.

(物理高校 科学手艺处)

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