上海微系統(tǒng)所在準(zhǔn)一維拓?fù)洳牧系碾娮咏Y(jié)構(gòu)研究中取得進(jìn)展

文章來源：上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所  |  發(fā)布時(shí)間：2022-10-08  |  【打印】 【關(guān)閉】

　　
       維度的降低會(huì)顯著影響材料的物理化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)也將引起一系列新奇的量子現(xiàn)象，例如二維材料石墨烯中發(fā)現(xiàn)的線性色散。維度對(duì)于拓?fù)洳牧蟿t更為重要：拓?fù)洳牧暇哂惺軐?duì)稱性保護(hù)的邊緣態(tài)，從而使得由缺陷或雜質(zhì)引起的電子背散射被禁止；而進(jìn)一步將拓?fù)洳牧系木S度降低到一維則會(huì)顯著增強(qiáng)電子的各向異性，使邊緣態(tài)中自旋極化的電子被限制于一維導(dǎo)電通道中，從而最大限度地避免散射的發(fā)生以達(dá)到更高的遷移率、更長(zhǎng)的自旋弛豫時(shí)間。因此，尋找性質(zhì)穩(wěn)定的準(zhǔn)一維拓?fù)洳牧喜⒀芯科潆娮咏Y(jié)構(gòu)，對(duì)開發(fā)新一代超低功耗的自旋電子學(xué)器件具有指導(dǎo)意義。

近日，上海微系統(tǒng)所葉茂研究員與東京大學(xué)Takeshi Kondo教授以及微系統(tǒng)所喬山研究員團(tuán)隊(duì)合作，成功制備了一種準(zhǔn)一維拓?fù)洳牧?/font>TaNiTe5，并利用上海微系統(tǒng)所牽頭建設(shè)的“基于上海光源的原位電子結(jié)構(gòu)綜合研究平臺(tái)(SiP.ME2)”的高精度微聚焦角分辨光電子能譜線站（上海光源BL03U）首次直接觀測(cè)到了該材料中強(qiáng)弱拓?fù)湫蚬泊娴莫?dú)特電子結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究成果以“Coexistence of Strong and Weak Topological Orders in a Quasi-One-Dimensional Material”為題于9月28日發(fā)表于Physical Review Letters (DOI：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.146401, 論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.146401)。

在本項(xiàng)研究中，通過第一性原理計(jì)算發(fā)現(xiàn)TaNiTe5在倒空間中的Γ-Y方向和Γ-Σ方向分別存在兩處能帶反轉(zhuǎn)。其中，前者對(duì)應(yīng)的拓?fù)浔砻骐娮討B(tài)同時(shí)在(001)和(010)面上被清晰地觀測(cè)到，其自旋動(dòng)量鎖定的能帶自旋結(jié)構(gòu)也與理論計(jì)算結(jié)果完美吻合，從而證明了強(qiáng)拓?fù)湫虻拇嬖冢欢笳邔?duì)應(yīng)的拓?fù)浔砻鎽B(tài)僅僅出現(xiàn)在(001)面上，且等能面上呈獨(dú)特的節(jié)點(diǎn)弧狀，結(jié)合拓?fù)洳蛔兞康挠?jì)算證明了這是弱拓?fù)湫虻谋憩F(xiàn)。值得一提的是，Γ-Σ對(duì)應(yīng)于實(shí)空間中準(zhǔn)一維原子鏈的方向，因此節(jié)點(diǎn)弧型弱拓?fù)鋺B(tài)的發(fā)現(xiàn)從微觀電子結(jié)構(gòu)層面揭示了TaNiTe5中強(qiáng)各向異性的輸運(yùn)性質(zhì)的拓?fù)淦鹪?。該工作全面而系統(tǒng)地揭示了TaNiTe5材料中“雙拓?fù)洹惫泊娴莫?dú)特拓?fù)湫再|(zhì)，展示了其在拓?fù)湔{(diào)控方面的潛力，為設(shè)計(jì)新型自旋電子學(xué)器件提供了平臺(tái)。

該論文的第一作者為中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所博士生王德陽，通訊作者為中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的葉茂研究員、喬山研究員，以及東京大學(xué)的Takeshi Kondo教授。中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所為論文的第一完成單位。該工作獲得科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。