物理学院李绍春课题组首次制备出大面积具有黑磷结构的Sb单层,李绍春课题组在单层1T

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近几来,物理高校弘孝皇帝春教授课题组采纳分子束外延技巧第二回发育出大面积高水平的黑磷结构的单层Sb,利用扫描隧道显微镜对结构天性实行了特点,并与中国科学技术大学物理系的朱文光教授课题组同盟开展了器重原理计算。该职业以“Van
der Waals Heteroepitaxial Growth of Monolayer Sb in Puckered Honeycomb
Structure”为题于二〇一八年11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,有相当大可能率在今后低耗电自旋电子零件具有应用前景。它的体能带是怀有带隙的本征半导体,边界处具有拓扑爱抚的无带隙金属态,并负有自旋-动量锁定本性。自从量子自旋霍尔效应在HgTe/CdTe量子阱中被发现的话,研究人口正在大力查找能够实际运用的2DTI质感。可是,寻觅一种结构牢固性的实在意义的二维拓扑绝缘体具有相当大的挑衅。二零一六年,MIT理论研讨组在争鸣上预计【Qian
et al., Science 346, 1344单层的1
T’-相联接金属硫属化合物是一类新的二维拓扑绝缘体材料。那类新的拓扑质感结构稳固性,有惊人的体带隙,何况其拓扑性能够被电场调整,适于创设范德瓦尔斯逻辑按钮器件。

是因为在光电器件领域的私人商品房应用价值,单层二维材质的钻探是近期凝聚态领域的钻研火热。黑磷由于具有特种的特征曾一度受到关切。然则,黑磷在空气中动荡,很轻便分解。人们一贯致力于寻觅结会谈质量与黑磷类似,但是化学牢固的替代材质。由于As和Sb与P处于同一主族,若是存在黑磷结构,恐怕会怀有相似的习性,化学属性也也许会更安宁。迄今截止,单层的黑磷平昔是因此机械剥离的艺术获得,直接生长单层黑磷或许相似结构的别样单质材质在尝试上大概不容许。尽管一度有恢宏的一个钱打二15个结专门的学问对黑磷结构的单层Sb进行了预测,不过实验上还并未有合成出高水平的单层alfa相Sb。个中三个关键的原委是alfa相的Sb体材料在大自然中并不设有。

近几年来,笔者校物理高校李熙春课题组一向从事于二维拓扑材质的试验探寻,并打响地应用分子束外延技能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望到一维的拓扑边界态。相关的成果已于二零一七年刊登在Physical
Review B
(
Physics (

该课题组经过分子束外延本事,成功地在WTe2衬底上制备出飞米尺度的高素质单层alfa相Sb。单层alfa相Sb的功成名就制备得益于美妙地选用了衬底的一应俱全晶格匹配功用。扫描隧道显微镜衡量展现多层的Sb薄膜照旧能够保持alfa相的构造。借助于扫描隧道显微谱的准粒王叔比干涉测量本事,该课题组对单层Sb的能带结构进行了特色,开掘在费米面处存在线性的色散关系。实验结果与中央原理的揣测结果符合的很好。实验上还开采alfa相Sb薄膜具有相当好的电导。令人匪夷所思的是,单层的alfa相Sb特别平静,能够在氛围中设有而不被氧化或表明。因而这种alfa相的Sb单层质感有非常的大希望在以后的光电领域具有应用价值,越来越多的光怪陆离性质有待进一步斟酌。

试验结果表明单层1T’-WTe2在低温下表现绝缘行为,与微单子近似下的DFT计算结果并不同。为表明这种争持现象,已经提议了好各个理论模型。然则,由于缺少对单层1T‘-WTe2能带结构的技艺极其精巧明白,学术界对此问题还设有着冲突。

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近几来,小编校物历史学院李湛春教师课题组在二维拓扑绝缘体的钻研方面又收获了根本扩充,他们依据高分辨的扫视隧道显微谱和准粒比干涉技能准确地特色了单层-1T’-WTe2的能带结构,鲜明了其为半金属型能带,解决了直白以来存在的争辩。同时,他们在费米面左近观测到三个破例的能隙。通过扫描隧道显微谱实验,开掘该能隙一向被钉扎在费米面处,何况能够随着费米能级的职位调节而活动。通过分析,他们开采那个能隙并非间接以来被公众感到的自旋轨道耦合带隙,而是由于电子-电子互相功效而开垦的库仑能隙。库仑带隙的开荒方可有效地禁止WTe2体电导的烦恼,导致低温下的绝缘行为,从而使得更便于阅览到量子化的拓扑边界电导。依照Anderson局域化理论,这种库仑能隙很可能也设有于任何的二维体系里面。

图一: 在WTe2衬底上生长的Afla相Sb单层和多层. Sb外延在WTe2上的暗暗表示图;
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光谱度量结果。

有关斟酌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”为题宣布于《自然.通信》(

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极度感激固体微结构物理国家根本实验室、人工微结构科学与本事联合立异为主、国家科技(science and technology)部首要切磋安排,国家自然科学基金面上体系、中组部青少年千人计划、广西省双创人才和六大人才高峰等体系提供的血本接济。

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