物理高校光皇帝春课题组首次制备出广大具备黑

2019-11-20 00:49栏目:科技杂谈

图二: 单层Sb薄膜的准粒子干涉实验. 实验测得的结果; 理论计算的等能面; 理论模拟得到的JDOS图; 实验测量获得的费米面附近的能量色散关系.

图2. 准粒子干涉图样与傅立叶变换结果. 不同能量下的准粒子干涉图案的傅立叶变换结果. 沿着Y-Γ-Y 方向的能带结构示意图. 由实验得到的Y-Γ-Y 方向的E-q 能带色散关系.

二维材料是近些年来凝聚态物理中的一个重要研究领域。其中以二硫化钼为代表的过渡金属硫化物在二维极限下展现出许多异于三维块材的奇异性质:例如间接到直接带隙转变、价带的自旋劈裂与完好定义的谷自由度。因此该类材料在光电器件方面有着重要的应用前景,同时也是研究自旋电子学与谷电子学的重要平台之一。

由于在光电器件领域的潜在应用价值,单层二维材料的研究是近年来凝聚态领域的研究热点。黑磷由于具有独特的特性曾一度受到关注。然而,黑磷在空气中不稳定,很容易分解。人们一直致力于寻找结构和性质与黑磷类似,但是化学稳定的替代材料。由于As和Sb与P处于同一主族,如果存在黑磷结构,可能会具有相似的性质,化学性质也可能会更稳定。迄今为止,单层的黑磷一直是通过机械剥离的方法获得,直接生长单层黑磷或者相似结构的其它单质材料在实验上几乎不可能。虽然已经有大量的计算工作对黑磷结构的单层Sb进行了预测,但是实验上还没有合成出高质量的单层alfa相Sb。其中一个重要的原因是alfa相的Sb体材料在自然界中并不存在。

二维拓扑绝缘体具有量子自旋霍尔效应,有望在未来低功耗自旋电子器件具有应用前景。它的体能带是具有带隙的半导体,边界处具有拓扑保护的无带隙金属态,并具有自旋-动量锁定特性。自从量子自旋霍尔效应在HgTe/CdTe量子阱中被发现以来,研究人员正在着力寻找可以实际应用的2DTI材料。然而,寻找一种结构稳定的真正意义的二维拓扑绝缘体具有很大的挑战。2014年,MIT理论研究组在理论上预测【Qian et al., Science 346, 1344单层的1 T’-相过渡金属硫属化合物是一类新的二维拓扑绝缘体材料。这类新的拓扑材料结构稳定,有可观的体带隙,并且其拓扑性可以被电场调控,适于构建范德瓦尔斯逻辑开关器件。

图片 1

感谢物理学院陈延彬教授课题组提供了WTe2衬底样品和电输运性质的测量。感谢物理学院高力波教授课题组提供了原子力显微镜测量和拉曼测量。第一性原理计算由中国科学技术大学的朱文光教授课题组完成。该工作得到了固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、双一流建设,科技部重大科学研究计划、国家自然科学基金、江苏省双创人才计划和六大人才高峰等项目的资助。

特别感谢固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、国家科技部重大研究计划,国家自然科学基金面上项目、中组部青年千人计划、江苏省双创人才和六大人才高峰等项目提供的资金资助。

(物理学院 科学技术处)

图片 2

近日,我校物理学院李绍春教授课题组在二维拓扑绝缘体的研究方面又取得了重要进展,他们借助高分辨的扫描隧道显微谱和准粒子干涉技术精确地表征了单层-1T’-WTe2的能带结构,确定了其为半金属型能带,解决了一直以来存在的争议。同时,他们在费米面附近观察到一个独特的能隙。通过扫描隧道显微谱实验,发现该能隙一直被钉扎在费米面处,并且可以随着费米能级的位置调控而移动。通过分析,他们发现这个能隙并不是一直以来被人们认为的自旋轨道耦合带隙,而是由于电子-电子相互作用而打开的库仑能隙。库仑带隙的打开可以有效地抑制WTe2体电导的干扰,导致低温下的绝缘行为,从而使得更容易观察到量子化的拓扑边界电导。根据安德森局域化理论,这种库仑能隙很可能也存在于其它的二维体系之中。

张翼教授与美国伯克利国家实验室先进光源和斯坦福大学的沈志勋研究组展开合作,首次利用分子束外延技术实现了单层到多层的高质量单晶薄膜WSe2在双层石墨烯衬底上的可控生长。同时,利用原位的角分辨光电子能谱技术,对其电子结构随层厚的演化进行了详细的研究。实验发现受衬底和界面的影响,单层和两层的WSe2表现出直接带隙,并且直接到间接的带隙转变发生在两层和三层之间,高质量的光电子谱还给出了单层WSe2价带的自旋劈裂大小的精确数值475 meV。另外,通过原位的表面掺杂,发现碱金属掺杂会对薄膜的能带结构产生扭曲和重整化,使得两层的WSe2又转变间接带隙。利用该高质量样品,张翼教授与加州大学伯克利分校的Michael F. Crommie研究组和Feng Wang研究组开展进一步合作,通过扫描隧道谱测量和光吸收谱分别测量了单层WSe2的准粒子能隙1.95 eV与光学激子能隙1.74 eV,并给出了中性激子结合能的大小0.21 eV。

版权声明:本文由金沙国际登录网址发布于科技杂谈,转载请注明出处:物理高校光皇帝春课题组首次制备出广大具备黑