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多层硅烯中拓扑平带的研究

批准号:
11874003
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
杜轶
依托单位:
学科分类:
凝聚态物质结构、相变和晶格动力学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈彦、刘娅妮、徐康、赵梦婷、奚忆莲、徐忠菲、崔丹丹、孟子渊

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
拓扑平带是一种有望实现室温零磁场(分数)量子霍尔效应的新拓扑量子态,由于其新奇的物理性质在近些年得到了广泛关注。理论预测,在强自旋轨道耦合的Kagome阻错结构中,电子波函数交叠引起的量子干涉可产生拓扑平带。最近,我们在实验上获得新的突破,首次在多层硅烯中获得了Kagome阻错势场,并观察到其对应的拓扑平带。研究表明这种新奇量子态和多层硅烯的层间耦合作用有直接关系。在本项目中,我们将主要通过探索和调控多层硅烯中拓扑平带的量子态特征开展研究工作。在充分探索多层硅烯材料制备和精确控制层间耦合的基础上,再结合各种超高真空原位分析手段对所产生的Kagome阻错势场进行深入的分析和研究,探究其产生的拓扑平带的物理本质。利用掺杂元素与吸附原子/分子发展出多种平带非平庸拓扑性质的调控手段。我们期望通过本项目为了解和调控拓扑平带量子特性奠定实验基础,并为在二维体系中实现拓扑电子平带提供可行的技术路线。
英文摘要
Topological flat band is a new topological state, and is expected to achieve room-temperature (fractional) quantum Hall effect without magnetic field. In theory, completely destructive quantum interference occurs if fermions or bosons are confined in a frustrated Kagome lattice with only nearest-neighbor (NN) hopping. Consequently, the dispersion relation of the trapped particles exhibits a completely flat characteristic, that is, the energy is dispersionless in momentum space. Recently, we have made a breakthrough, for the first time, on obtaining electronic flat band in multilayer silicene by generating a Kagome potential field. This quantum state is predominated by interlayer interaction, which was verified by scanning tunneling microscopy. In this project, we will mainly focus on exploration and modulation of topological flat band in multilayer silicene, by in-situ modulation of interlayer rotation and the Kagome potential field in ultra-high vacuum. The characteristics of flat band will be further studied and tuned by doping elements and adsorbed atoms/molecules. Through this project, we expect to lay the experimental foundation for understanding and controlling the properties of topological flat band in multilayer silicene, and to provide a feasible technical route for develop topological flat band in two-dimensional systems.
在Kagome阻错结构中,电子波函数交叠引起的量子干涉可产生拓扑平带。这是一种有望实现室温零磁场(分数)量子霍尔效应的新拓扑量子态,对理解关联体系的奇异电子特征具有重要的价值,在近些年得到了广泛关注。本项目以探索多层硅烯新奇量子物性为目标,对其相关量子物性进行表征和调控,在旋转硅烯中获得了Kagome阻错势场和拓扑平带。利用表面研究手段深入理解了其物理起源。在此基础上,我们通过利用分子束外延手段在不同衬底上构建出具有类石墨烯性质的二维硅烯,验证了衬底与硅烯之间的界面耦合作用,获得了硅烯(以及其他二维烯)的层间耦合作用调控其电子态和量子物性的关键证据。研究表明拓扑平带和多层硅烯的层间耦合作用有直接关系,揭示了具有非平庸特征的边缘态是由量子干涉产生的。通过利用扫描隧道显微镜、原子力显微镜、角分辨光电子能谱、以及综合物性测量系统等技术,深入地探索、研究和验证了调控拓扑平带的量子态特征的方法。发展了利用衬底调制、可控杂化、层间转角多种对平带非平庸拓扑性质进行调控的手段。本项目为了解和调控拓扑平带量子特性奠定了实验基础,并为在二维体系中实现拓扑电子平带提供了可行的技术路线。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Moiré‐Potential‐Induced Band Structure Engineering in Graphene and Silicene
石墨烯和硅烯中的莫尔势-诱导能带结构工程
DOI: 10.1002/smll.201903769
发表时间: 2019
期刊: Small
影响因子: 13.3
作者: [Mengting Zhao, Jincheng Zhuang, Qunfeng Cheng, Weichang Hao, Yi Du]
通讯作者: Yi Du
Facet-dependent Electronic Quantum Diffusion in the High-Order Topological Insulator Bi4Br4
高阶拓扑绝缘体 Bi4Br4 中的面相关电子量子扩散
DOI: 10.1103/physrevapplied.17.064017
发表时间: 2022
期刊: Physical Review Applied
影响因子: 4.6
作者: [Jingyuan Zhong, Ming Yang, Fei Ye, Chen Liu, Jiaou Wang, Jianfeng Wang, Weichang Hao, Jincheng Zhuang, Yi Du]
通讯作者: Yi Du
DOI: 10.1002/smll.201805147
发表时间: 2019-08-01
期刊: SMALL
影响因子: 13.3
作者: [Liu, Nana, Bo, Guyue, Dou, Shi Xue]
通讯作者: Dou, Shi Xue
DOI: 10.1021/jacs.2c05683
发表时间: 2021-05
期刊: Journal of the American Chemical Society
影响因子: 15
作者: [Yilian Xi;Xiaolin Jing;Zhongfei Xu;Nana Liu;Yani Liu;Miao‐Ling Lin;Ming Yang;Ying Sun;]
通讯作者: Yilian Xi;Xiaolin Jing;Zhongfei Xu;Nana Liu;Yani Liu;Miao‐Ling Lin;Ming Yang;Ying Sun;
二维烯磁性异质结的生长及量子物态的调控
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    杜轶
  • 依托单位:
二维Lieb锡薄膜的生长及拓扑量子态的调控
  • 批准号:
    12074021
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    杜轶
  • 依托单位:
国内基金
海外基金