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《自然?材料》刊登徐楠教授一維無質量狄拉克費米子研究成果
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《自然?材料》刊登徐楠教授一維無質量狄拉克費米子研究成果

作者: 来源: 发布时间:2019-10-11

新聞網訊(通訊員謝章斌107日,Nature Materials(《自然·材料》)以長文 (Article) 形式在線發表高等研究院徐楠教授的最新研究成果,論文題爲“Directional massless Dirac fermions in a layered van der Waals material with one-dimensional long-range order”(《一種具有一維長程序的層狀範德瓦爾斯材料中的定向無質量狄拉克費米子》)。

武漢大學爲論文第一署名單位,高等研究院2019級博士生楊天宇、萬強和中科院物理所博士生闫大禹爲共同第一作者,徐楠爲通訊作者。該研究受到國家科技部重點研發計劃、國家自然科學基金委面上項目等基金資助。

自成功剝離單層石墨烯以來,層狀範德瓦爾斯材料就引起了科研人員的關注,成爲凝聚態物理和材料科學領域的一個前沿方向。少層範德瓦爾斯材料中電子的量子尺寸效應在二維極限下可以誘發出許多新穎的現象,包括拓撲量子態、二維磁有序和非常規超導電性等。範德瓦爾斯材料易于加工成原子級薄層,可進一步組裝成具有高設計性和可操作性的異質結,其新奇物性在下一代納米電子學器件中具有應用潛力。

徐楠團隊利用角分辨光電子能譜技術(ARPES)在一種層狀範德瓦爾斯材料-NbSi0.45Te2單晶中觀測到限域在一維極限下的電子態,並發現了一種四重簡並的定向狄拉克費米子型准粒子:該准粒子的質量在特定方向爲零,而在相應的垂直平面內爲無窮大。結合掃描隧道顯微鏡與第一性原理計算,闡明了定向狄拉克費米子起源于一種一維長程有序的條紋相,並受到非點式對稱性的保護。與准一維材料不同(其具有三維長程序),NbSi0.45Te2中僅存在一維長程平移對稱性,是區別于晶體、准晶體和無定形體的一種新的固體塊材原子排列形式。

ARPES 觀測到一維無質量狄拉克費米子型准粒子

該研究首次報道了具有四重簡並度的一維無質量狄拉克費米子型准粒子,並爲範德瓦爾斯異質結的設計提供了一個新的具有一維電子態的構成單元NbSi0.45Te2。正如《自然·材料》雜志編輯總結道:一維狄拉克型能帶在層狀範德瓦爾斯材料中的發現,拓展了二維材料的‘軍火庫’。

研究工作得到了多個研究機構的支持:中科院物理所石友國研究員提供了高質量的NbSi0.45Te2單晶;上海交通大學鄭浩、賈金峰教授利用掃描隧道顯微鏡對樣品條紋相進行了表征;武漢大學物理與科學技術學院余睿教授、新加坡科技設計大學Shengyuan A. Yang教授和Si Li博士進行了第一性原理計算;美國阿肯色大學Jin Hu教授和賓夕法尼亞州立大學Zhiqiang Mao教授提供了高質量NbSi1/3Te2單晶。ARPES實驗在上海光源夢之線完成,黃耀波研究員對實驗提供了幫助。

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(編輯:肖珊)