发布关于二维材质WSe2的外延生长与有关物性度量

新近,物理高校李敏春助教课题组利用分子束外延本事第一遍发育出布满高水平的黑磷结构的单层Sb,利用扫描隧道显微镜对组织特性举办了特色,并与中国科学技术大学物理系的朱文光教师课题组合作开展了关键性原理总结。该职业以“Van der Waals Heteroepitaxial Growth of Monolayer Sb in Puckered Honeycomb Structure”为题于二〇一八年1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,有不小可能率在今后低功耗自旋电子零件具备应用前景。它的体能带是具备带隙的有机合成物半导体,边界处具备拓扑爱抚的无带隙金属态,并装有自旋-动量锁定性子。自从量子自旋霍尔效应在HgTe/CdTe量子阱中被察觉以来,商量人口正在极力查找能够实际利用的2DTI素材。然则,寻觅一种结构牢固性的的确含义的二维拓扑绝缘体具备相当大的挑衅。2014年,MIT理论商讨组在答辩上猜度【Qian et al., Science 346, 1344单层的1 T’-相连结金属硫属化合物是一类新的二维拓扑绝缘体材质。那类新的拓扑材料结构牢固性,有中度的体带隙,而且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。

物理高校、固体微结构物理国家入眼实验室、人工微结构科学与本事协同革新中央的张翼教师课题组与美利坚联邦合众国伯克利国家实验室不甘落后光源、美利坚联邦合众国帝国理哲大学沈志勋探究组、United States加州学院Berkeley分校的MichaelF. Crommie商讨组和Feng Wang钻探组同盟,实现了二维质地WSe2的分子束外延生长,并构成各种探测花招对其能带结构、表面掺杂效应及光学响应天性开展了详细的风味与切磋。切磋成果以“Electronic Structure, Surface Doping, and Optical Response in Epitaxial WSe2 Thin Films”为题于二零一五年12月在线公布在Nano Letters期刊上(

新近,南大物理高校李俶春教授课题组与温锦生课题组、陈延彬课题组同盟,利用碱金属插层的议程在Weyl半金属WTe第22中学贯彻了了不起调换。该专门的工作以“Superconductivity in Potassium-Intercalated Td-WTe2”为题于二零一八年4月17日在Nano Letters上在线刊登(https:/doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b03180)。南大物理大学大学生生朱立为诗歌的率先小编;李天锡春教师、温锦生助教和陈延彬教师为该专业的同台通信作者。

自小编校物理大学、固体微结构物理国家重大实验室、卢布尔雅那微结构科学与本领协同创新为主的李俶春教授课题组,与美利坚合众国财富部的Ames实验室Yong Han, 詹姆斯 W. Evans同盟,第一遍得逞运用应力场调整拓扑绝缘体Bi2Te3表面包车型客车动力学性质,相关的切磋成果以“Tailoring Kinetics on a Topological Insulator Surface by Defect-Induced Strain: Pb Mobility on Bi2Te3”为题,方今在线刊登于《Nano Letters》。南大为第一成功单位,物理高校已完成学业博士生黄文凯为该故事集的第一小编,李豫春教师和Ames实验室的Yong Han切磋员为诗歌的一路通信笔者。其余参加者包括南大的李皓然教授和万贤纲教授。

出于在光电器件领域的潜在应用价值,单层二维材料的钻研是这段时间凝聚态领域的商量热门。黑磷由于负有特有的特性曾一度受到关怀。但是,黑磷在空气中不安宁,很轻巧分解。大家一向致力于寻找结商谈特性与黑磷类似,然则化学牢固的代表材质。由于As和Sb与P处于一致主族,假设存在黑磷结构,大概会具备相似的品质,化学属性也恐怕会更平稳。迄今结束,单层的黑磷一直是通过机械剥离的方法获得,直接生长单层黑磷或然相似结构的其余单质材质在尝试上差非常少不大概。纵然一度有恢宏的持筹握算工作对黑磷结构的单层Sb实行了预测,不过实验上还未曾合成出高水平的单层alfa相Sb。在那之中一个关键的缘由是alfa相的Sb体材料在大自然中并不设有。

近几年来,笔者校物理高校李俶春课题组一直从事于二维拓扑材质的实验搜求,并打响地行使分子束外延手艺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测到一维的拓扑边界态。相关的果实已于二〇一七年刊载在Physical Review B ( Physics (

二维材质是近几来来凝聚态物理中的多个第一研商世界。当中以二硫化钼为表示的连接金属硫化学物理在二维极限下表现出相当多异于三个维度块材的好奇性质:比如直接到一向带隙调换、价带的自旋劈裂与完整定义的谷自由度。因而该类质地在光电器件方面具有相当重要的行使前景,同一时间也是钻探自旋电子学与谷电子学的机要平台之一。

怎样在拓扑材质中调理超导相变是近些年的凝聚态物理中的四个切磋火爆,有希望落到实处拓扑超导体。作为第Ⅱ类Weyl半金属的候选材料以及由于不饱和磁阻现象的觉察,WTe2引起了学界的周围关怀。2014年,南大物理大学的宋凤麒等人和中国科高校物理研究所的孙力玲等人通过高压花招分别在WTe第22中学单独意识了匪夷所思调换。随后,南大物理高校的孙建等人通过DFT总括发掘,这种高压下的超导现象伴随着的布局相变。可是长期以来在常压下都未曾观测到WTe2的杰出调换。由此,是或不是在WTe第22中学留存拓扑与超自然的水保仍旧是多个有待回答的难题。思虑到高压下的布局相变会产生质地的拓扑性质发生变化,寻觅一种有效的调控格局来获得WTe2常压超导是格外供给的。

拓扑绝缘体是近几来被察觉具备非同小大概带结构的流行量子材质,它的体能带具备带隙,不过表面具备拓扑敬爱的表面金属态。表面态电子拥有自旋和动量的锁定关系,由此非磁性杂质很难引起表面态电子的背散射,电子在输运进程中能源消耗小,进而拓扑绝缘体材质在今后的量子总计等世界具备神秘的运用价值。另一方面,在拓扑绝缘体/别的量子相的异质外延分界面处存在着丰裕的物理现象。比如,拓扑-磁耦合导致畸形量子霍尔效应,拓扑-超导分界面处存在Majorana费米子。由此,怎么样在实验上营造基于拓扑绝缘体衬底的可控分界面,无论是在利用领用,照旧从调查钻探角度都独具重大的意思。

该课题组经过成员束外延本事,成功地在WTe2衬底上制备出飞米尺度的高水平单层alfa相Sb。单层alfa相Sb的打响制备得益于奇妙地利用了衬底的完善晶格相配功能。扫描隧道显微镜衡量展现多层的Sb薄膜仍旧能够保持alfa相的结构。借助于扫描隧道显微谱的准粒比干涉度量技能,该课题组对单层Sb的能带结构实行了特色,发掘在费米面处存在线性的色散关系。实验结果与主导原理的一个钱打二十五个结结果相符的很好。实验上还发掘alfa相Sb薄膜具备十一分好的电导。令人奇异的是,单层的alfa相Sb特别平稳,能够在氛围中留存而不被氧化或表达。由此这种alfa相的Sb单层质地有比非常大可能率在未来的光电领域具有应用价值,越来越多的奇天性质有待进一步商量。

实施结果注脚单层1T’-WTe2在低温下显现绝缘行为,与单反子近似下的DFT计算结果并不雷同。为表明这种冲突现象,已经提出了多少种理论模型。可是,由于缺少对单层1T‘-WTe2能带结构的Mini通晓,学术界对此主题素材还留存着争持。

相对于任何连接金属硫化学物理,WSe2被预感具有最大的自旋劈裂,由此是研商自旋电子学的完美平台。可是受样品尺寸、品质和策画手腕的界定,实验上紧缺对WSe2的能带结构及别的有关物性的详尽研商。同时,大家也期待能够获取分布高素质的多晶硅样品,并能够通过维度、分界面调节及掺杂等调整花招对其能带结构做更加的人工资调节控。

电荷掺杂是一种对立常用何况实用的不凡调整方法。该课题组采取液氨法成功地在WTe2单晶的范德瓦尔斯间隙中插入碱金属成分钾原子,得到了差异钾原子浓度的插层KxWTe2,如图所示。X逍客D精修结果呈现,钾原子插层并不曾明显改变WTe2的晶体结构,由此KxWTe2只怕还是保留了第二类Weyl 半金属的拓扑能带性质,而碱金属插层则要害起到了电荷掺杂的法力。图展现了电阻随温度变化的衡量结果。随着温度下跌,插层KxWTe2呈现出半金属天性,与未掺杂的WTe2一致;当温度达到~2.6 K左近时,电阻出现高速的低沉,并在发布关于二维材质WSe2的外延生长与有关物性度量的研讨成果,李昂春课题组在单层1T。~1.2 K完全降为零,表现出非凡转换。施加外磁场能够观测到超导转换被防止,如图插图所示。KxWTe2的杰出属性表现出刚烈的各向异性:沿平行于样品表面方向的临界磁场要比垂直方向的逼近磁场大10倍左右。 这一天性与已经报导的一对超自然连串相似,例如一些连着金属二硫化学物理和铁基超导体。扫描隧道显微谱衡量证实了不敢相信 不可能相信能隙的存在,如图所示。

该切磋中,唐世祖春课题组经过标准调控分子束外延生长的参数,在Bi2Te3薄膜的外表成功引进应力场,何况经过几何相位深入分析定性地得到了表面包车型客车应力布满。并进而以Pb/Bi2Te3为模型系统,研商了应力对表面引力学性质的调控。实验开掘在外界的应力拉伸区域,Pb偏向于产生团簇的花样;而在表面包车型客车无应力区域,Pb偏向于以单个原子的款式吸附于外界。令人奇异的是,通过着重原理总计开掘原子在表面包车型大巴吸附能和扩散势垒都趁机应力展现贰个V字形的依赖关系,最小值位于应力周到为~ 0.8%处,而并非应力周详为0处。实际上,超越55%的守旧本征半导体可能金属材质的外表吸附能/扩散势垒都以对应力呈现单调变化的依附关系。深切的深入分析开采,这种奇怪的V字形依赖关系来源于Bi2Te3的例外原子层结构。当原子在外表发生扩散时,最外层的晶格Te原子和第二层的晶格Bi原子都会对扩散发生影响,共同成效导致了V字形的依赖关系。基于第一性原理的结果进行的蒙特卡罗模拟给出了与尝试完全相符的依样葫芦结果,从而很好地解释了实验现象。在另一种结构相似的材质Bi2Se3表面,也意识了大同小异的尝试现象,声明这种离奇的引力学行为很有希望大面积适用于这一类原子结构的化合物。

图片 1

近些日子,笔者校物理大学唐文宗春助教课题组在二维拓扑绝缘体的钻研方面又获得了主要进展,他们倚仗高分辨的扫视隧道显微谱和准粒王叔比干涉本事准确地特色了单层-1T’-WTe2的能带结构,鲜明了其为半金属型能带,化解了一如既往存在的争持。同一时候,他们在费米面紧邻观测到多少个奇特的能隙。通过扫描隧道显微谱实验,开采该能隙一贯被钉扎在费米面处,况兼能够随着费米能级的地点调整而移动。通过深入分析,他们发觉这么些能隙并非长期以来被大家感觉的自旋轨道耦合带隙,而是由于电子-电子互相功用而张开的库仑能隙。库仑带隙的开采方可有效地遏制WTe2体电导的干扰,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。依据Anderson局域化理论,这种库仑能隙很可能也设有于任何的二维种类里面。

张翼教授与美利坚联邦合众国Berkeley国家实验室不甘雌伏光源和俄亥俄州立高校的沈志勋研讨组张开合作,首次选择分子束外延技术达成了单层到多层的高水平单晶薄膜WSe2在双层石墨烯衬底上的可控生长。同期,利用原来的地方的角分辨光电子能谱技能,对其电子结构随层厚的嬗变实行了详细的钻探。实验开采受衬底和分界面包车型地铁熏陶,单层和两层的WSe2表现出直接带隙,并且一向到直接的带隙变换发生在两层和三层之间,高素质的光电子谱还交到了单层WSe2价带的自旋劈裂大小的可信数值475 meV。别的,通过原来的地方的外界掺杂,发掘碱金属掺杂会对薄膜的能带结构发生扭曲和重新整建化,使得两层的WSe2又变卦直接带隙。利用该高水平样品,张翼助教与加州大学Berkeley分校的MichaelF. Crommie研讨组和Feng Wang研商组开展尤其同盟,通过扫描隧道谱衡量和光摄取谱分别衡量了单层WSe2的准粒子能隙1.95 eV与光学激子能隙1.74 eV,并交给了中性激子结合能的大大小小0.21 eV。

图片 2

图片 3

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。

相关切磋成果于2018年四月4日以”Observation of Coulomb gap in the quantum spin 哈尔l candidate single-layer 1T’-WTe2”为题揭橥于《自然.通信》(

那项专门的学业的意义在于通过试验手腕给出了单层到多层WSe2的详尽能带结构,研商了衬底及分界面前遇到其能带结议和激子结合能的影响,并促成了经过外界掺杂对其能带结构进行人工资调度控。同时广大高水平厚度可控的多晶硅WSe2薄膜的制备也为今后纵横交叉异质结与实际器件的商讨与筹备铺平了征途。

图1KxWTe2的STM表面现象图。钾插层WTe2的电阻随温度变化曲线。插图:在分歧的附加磁场下的电阻随温度变化曲线。KxWTe2样品表面度量的围观隧道显微谱展现超导能隙的存在。

由分子束外延方法生长的保有表面应力场的Bi2Te3薄膜表面;Pb原子在引进应力场的Bi2Te3表面包车型客车吸附行为;Pb在Bi2Te3表面包车型大巴扩散势垒随应力的信赖关系。

图片 4

极度谢谢固体微结构物理国家入眼实验室、人工微结构科学与本事协同创新大旨、国家科技(science and technology)部最首要研商安顿,国家自然科学基金面上项目、中组部青少年千人陈设、辽宁省双创人才和六大人才高峰等体系提供的基金援助。

该项商量获得了中组部青年千人安插、U.S.财富部基础财富科学等基金的捐助。

发布关于二维材质WSe2的外延生长与有关物性度量的研讨成果,李昂春课题组在单层1T。能够预料,常压下WTe2的博学睿智调换将使得越多的实验度量手段能够被利用,进而为常压下研商WTe2的不凡机制提供了资料基础。由于WTe2自己属于第二类Weyl半金属,钾插层的WTe2也为切磋拓扑超导提供了一种新的候选材质。

该工作的意思在于,第二次得逞利用应力场调整了拓扑绝缘体表面包车型大巴动力学行为:吸附能和扩散势垒。表面动力学性质,特别是外表原子的扩散,对异质外延分界面包车型客车结构起到主要的意义。该职业提供了一种恐怕的门路,即能够动用应力有效地调控拓扑绝缘体的异质外延界面。另一方面,应力自己对拓扑绝缘体的拓扑性质也是有根本的功能,举例应力诱导的拓扑-超导相变等等。这种通过成员束外延方法制备的装有应力场分布的拓扑绝缘体为更为在原子尺度研讨应力诱导的拓扑相变提供了美妙的资料平台。

图二: 单层Sb薄膜的准粒王叔比干涉实验. 实验测得的结果; 理论测算的等能面; 理论模拟获得的JDOS图; 实验衡量得到的费米面相近的能量色散关系.

图片 5

图片 6

该职业得到了固体微结构物理国家重大实验室、人工微结构科学与工夫联合创新为主、科技(science and technology)部主要实验研讨安排、国家自然科学基金、江西省双创人才布置和六大人才高峰等项指标接济。

感激南京大学现代文大学的王鹏教授和大意学院陈延彬副教授在数量深入分析方面提供的扶持。专门的职业获得国家科学技术部、自然科学基金委员会、青少年千人布署、以及中大经费等品种的扶助。

谢谢物理高校陈延彬教授课题组提供了WTe2衬底样品和电输运性质的衡量。多谢物理大学高力波教授课题组提供了原子力显微镜度量和Raman度量。第一性原理计算由中国科学技术大学的朱文光助教课题组完结。该专门的学业获得了固体微结构物理国家重大实验室、人工微结构科学与本事联合创新为主、双五星级建设,科学技术部首要调研布置、国家自然科学基金、新疆省双创人才铺排和六大人才高峰等项指标接济。

图1. 单层WTe2 的STM形貌图和STS谱. 石墨烯上生长单层WTe2原子模型 单层WTe2原子分辨图. 单层WTe2对应的布里渊区. STS谱随空间地方的变通, 深黑和郎窑红箭头分别对应库仑能隙和价/导带的交叠区域. , 三个卓绝能量的dI/dV maps, 准粒比干涉发生的空间波动清晰可知.

左图:单层WSe2的角分辨光电子能谱;右图:单层WSe2的扫描隧道谱

(物理大学 科学工夫处)

小说链接:

(物理高校 科学技能处)

图片 7

(物理大学 科学本领处)

(物理大学 科学本领处)

图2. 准粒比干涉图样与傅立叶转变结果. 分歧能量下的准粒王叔比干涉图案的傅立叶转变结果. 沿着Y-Γ-Y 方向的能带结构暗示图. 由实验获得的Y-Γ-Y 方向的E-q 能带色散关系.

(物理高校 科学本领处)

本文由澳门威斯尼斯人手机版发布于产品测评,转载请注明出处:发布关于二维材质WSe2的外延生长与有关物性度量

TAG标签:
Ctrl+D 将本页面保存为书签,全面了解最新资讯,方便快捷。