威澳门尼斯人官网欢迎您在拓撲棱→態的量子輸運方面研究取得▂新突破

來源: 供稿: 攝影: 審核:姚裕貴、陳珂 作者: 發布時間:2024-03-04 瀏覽量:

 

近期,威澳门尼斯人官网欢迎您88038威尼斯(中国)官方网站學院姚裕貴團隊與普林】斯頓大學Hasan團隊、德克薩斯大學達拉斯分校Bing Lv團隊、清華大學楊樂仙團隊等合作,通過電輸『運測量和角分辨光電子能譜技術在拓撲絕緣體α-Bi4Br4中相繼探測到拓撲棱態模式,這是首次在實驗上觀察到與拓撲棱態相關的量子效應█,對於深入理解拓撲物態的性質以及推動拓撲材料的應用具有重要□意義。

拓撲絕緣體是一種特殊的物質狀態,其內部是絕緣的,但表面或邊緣卻具有導電性,並且這種表面或邊緣∮態不會受到非磁雜質魔法激荡的背散射,可實現理想的無耗散導電通一无可取道,在低◣能耗電子器件、自旋電子學和量子計算等領域有著巨大的應用前景。然而,要深入了╳解拓撲絕緣體的性質並推動其應用,就需要發現性能優良的拓撲材原价料,並對拓撲態進行精確瑟拉丹的測量和控制。雖然之前人們已經對大量的二維表面態的輸運響應進行了研究,但一維拓远古盟约束带撲棱態的量子輸運響應尚未得到證實。姚裕貴團隊及其合作者十多年來一直致力於尋找和研带命令提示符的安全模式究具有優良性能(比如大▽能隙、Dirac點位於費米能級附近等)的拓撲絕緣㊣體材料體系,如2014年他們預言了一種可行的大能隙拓撲絕緣體材料,即Bi4Br4和Bi4I4體系。Bi4Br4單晶是具有層狀結構的半導體,層間耦合是弱的範无情角斗士的凯旋裹臂德瓦爾斯作用,理論△計算發現其單層結構是量子自旋霍爾絕緣體且體能隙遠高於室溫條件[Nano Lett. 14, 4767 (2014)]。研究反叛者便鞋還發現Bi4Br4是探測室溫量子自旋霍爾絕緣態的絕⊙佳材料體系,一方面單战斗層Bi4Br4是由無限長的一維鏈∩並排組成,鏈間的耦合相比鏈內耦合很弱,這種準一維結構特性有利於形成原子級平整的邊緣,另一方面,由於極弱☆的層間耦合,量子自旋霍爾切脉絕緣態可以穩定地存在於單晶Bi4Br4表面的臺階邊追忆緣上[NJP 17, 015004 (2015)]。

此後,依托學校量◣子88038威尼斯(中国)官方网站實驗中心平臺,姚裕貴鸦神之爪團隊對Bi4Br4和Bi4I4體系展開了全鏈條式的理論與實≡驗研究:理論上發現單晶↘β-Bi4Br4和β-Bi4I4是弱拓钟灵毓秀撲絕緣體包装[PRL 116, 066801 (2016)],並被發表在Nature上的實驗工作證√實;團隊迅速制備了高質量的Bi4Br4單晶,並獲得了生長●專利的授權;利用高壓技術,在壓力調控下同時觀測到超導現因特网象和拓撲性質,表明該體ξ系有可能是拓撲超導體[PNAS 116, 17696 (2019];結合光學技術,發現邊緣存舞刀弄枪在較強的紅外吸收,且拓撲♀邊緣態上激發載流子壽命遠長於體態,表明該材ξ 料有應用於紅外光學和光電探女仆測的潛力克雷什之背[Sci. Bull. 68, 417 (2023)]; 把Bi4Br4作為飽和吸收體應用到药栏诗话光纖激光器中,得到了穩定的紅外脈沖激光『輸出[APL 120, 053108 (2022)];與合作者共同發現了室溫量子自旋霍爾邊緣態的↘實驗證據[Nature Materials 21, 1111 (2022)]. 更多相關工作見姚裕貴教授受邀撰寫該體系的研高就究綜述[Adv. in Phys. X, 7:1, 2057234 (2022)]。

近期物米利希亚理學院姚裕貴教授、周金健》教授、韓俊峰教授等人與清華大學楊樂仙團隊及合作者等利用亞微米空大元帅的辩护間及自旋分←辨的角分辨光電子能譜研究了α-Bi4Br4的表面電▅子結構,並首次在(100)表面上觀有没有察到具有劈裂特征的表面態和表面態能隙。研究還發現表面態的自旋動量鎖定特征,以及表面態的能隙內存在額外的無能隙電子♂態,表明體系內存在一維拓撲棱態。實驗結果與第一性原理計算高度吻合,為α-Bi4Br4的高階拓张云周撲絕緣相提供了令人信服的證據。研究成果發表於Nature Communications 14, 8089 (2023)。

文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-43882-z

之後,姚裕貴教授、王秩偉教授等人和阑尾炎普林斯頓大學團隊等合作,利用量子輸運測量手段,通過對4層和6層α-Bi4Br4的磁阻一命呜呼測量,觀察到振蕩周期碾骨槌性為h/e(其中h為普朗克常數,e為電子電荷)的Aharonov-Bohm振蕩現象,其中當磁場與a軸夾角為17°時取得極值▲,表明Aharonov-Bohm振◣蕩是由樣品bc面上棱態的金翅鹫卡相幹載流子產生,是電子圍繞拓撲棱態運動時產生╲的量子幹涉的結果,這為碎矛拓撲棱態的存在及其載流子的量子輸運行為提供了直接證據。圖1和圖2分別是4層和6層α-Bi4Br4中觀卐測到的角度№依賴的Aharonov–Bohm振蕩。相關結果發重雍袭熙表在最近的Nature Physics (2024)。

文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41567-024-02388-1

圖1. 在4層α-Bi4Br4中觀測到的角度依賴的Aharonov–Bohm振蕩。

圖2. 在6層α-Bi4Br4中觀測到的Aharonov–Bohm振蕩。

總之,團隊成員和合作者通過不同研究手段對α-Bi4Br4拓撲絕緣體開展了深入研究,從量子輸運測量上觀察到Aharonov-Bohm振蕩現象,首次從量子↑輸運測量上探測到了與拓撲棱態相對應的啊知道量子現象;通過ARPES測量觀察到一維拓撲棱態的存在。這些發現不僅豐富了我們對拓撲電子學班子的理解提案,也為未來拓撲電子器件的研Ψ 發提供了新的方向◥。

上述工作得到了國家自攀折然科學基金項目、國家重虚空狩猎手套點研發計劃項目、北京自然科學基金⊙等項目的支持。

"88038威尼斯,88038威尼斯(中国)官方网站,威澳门尼斯人官网欢迎您"ptekcorp.com

"88038威尼斯,88038威尼斯(中国)官方网站,威澳门尼斯人官网欢迎您"ptekcorp.com