【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】材料的電子結(jié)構(gòu)受其幾何結(jié)構(gòu)和材料維度的影響。一些具有特殊幾何構(gòu)型的晶格，如籠目晶格、Lieb晶格、著色三角晶格等，具有電子阻挫效應(yīng)產(chǎn)生的無色散的能帶，即平帶，其中存在豐富的電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)。最近，人們?cè)谌S籠目金屬中已經(jīng)觀察到多種關(guān)聯(lián)電子態(tài)，例如巨大的反常霍爾效應(yīng)、量子自旋液體、手性電荷密度波和非常規(guī)超導(dǎo)等。另一方面，與半導(dǎo)體工業(yè)中常用的三維半導(dǎo)體相比，二維半導(dǎo)體由于良好的開關(guān)性能和更強(qiáng)的庫侖相互作用而受到了高度關(guān)注，有望用于制備新一代量子器件。然而，在二維半導(dǎo)體中引入幾何阻挫導(dǎo)致的電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。以籠目晶格為例，二維籠目晶格材料由于生長制備的困難導(dǎo)致相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究十分缺乏。
 

　　中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心SF09組的馮寶杰副研究員和陳嵐研究員長期從事低維拓?fù)洳牧系闹苽浜臀镄哉{(diào)控，近年來發(fā)現(xiàn)了多種具有奇特晶格的材料，比如呼吸籠目晶格Nb3Cl8 [Nano Lett. 22, 695 (2022)]，一維和二維Su-Schrieffer-Heeger晶格[Nano Lett. 22, 695 (2022); Nat. Commun. 13, 7000 (2022)]以及二維棋盤晶格Cu2N [Nano Lett. 23, 5610 (2023)]等，并發(fā)現(xiàn)了其中存在豐富的拓?fù)潆娮討B(tài)。最近，他們與新加坡國立大學(xué)的陳偉教授、A. T. S. Wee教授、浙江大學(xué)物理學(xué)院茍健研究員合作，利用MBE生長出了一種新型的二維半導(dǎo)體Cr8Se12，發(fā)現(xiàn)該材料具有新奇的CT晶格。該晶格可以通過將籠目晶格進(jìn)行扭曲獲得，其中存在類似籠目晶格的能帶結(jié)構(gòu)。他們利用掃描隧道顯微鏡(STM)和非接觸式原子力顯微鏡(nc-AFM)技術(shù)確認(rèn)了該材料的原子結(jié)構(gòu)，并且利用ARPES和STS證實(shí)了該材料存在約0.80eV的能隙和接近價(jià)帶頂?shù)姆痘舴蚱纥c(diǎn)。結(jié)合第一性原理計(jì)算，他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Cr8Se12中的奇特能帶主要源于表層Se原子的pz軌道，并且受下方的蜂窩狀的Cr晶格調(diào)制，從而形成交替的電子躍遷。
 

　　該研究報(bào)道了一種新型的二維半導(dǎo)體材料Cr8Se12，不僅豐富了二維磁性和拓?fù)洳牧系姆N類，而且為深入研究幾何阻挫導(dǎo)致的強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理提供了新的平臺(tái)。
 

　　本工作受到了北京市自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院先導(dǎo)B和青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃的資助。新加坡國立大學(xué)陳偉教授、A. T. S. Wee教授，中國科學(xué)院物理所馮寶杰副研究員，浙江大學(xué)茍健研究員，新加坡科技研究局Lin Ming教授為共同通訊作者，新加坡國立大學(xué)博士后段嗣盛和尤景陽、中國科學(xué)院物理所博士生蔡志浩，浙江大學(xué)茍健研究員為本研究的共同第一作者。相關(guān)成果以 “Observation of kagome-like bands in two-dimensional semiconducting Cr8Se12”為題，在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》上。
 

　　鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53314-1
 

圖 著色三角形晶格與二維半導(dǎo)體Cr8Se12的物性表征