综合新闻 News
联系我们
  • 客服服务电话:021-64321087
  • 商业服务电话:13918059423
  • 技术服务电话:13918059423
  • 联系人:崔老师 
  • 服务邮箱:shxtb@163.com
  • 地址:上海市徐汇区桂林路100号8号楼107室

北理工团队在大带隙二维拓扑绝缘体研究方面取得重要进展

日期: 2024-08-29
浏览次数: 37
来源:北京理工大学物理学院


近日,北京理工大学物理学院的姚裕贵教授、肖文德研究员、李翔教授团队与北京邮电大学刘文军教授合作,在大带隙二维拓扑绝缘体的直接观测及其光饱和吸收体中取得重要进展。研究成果发表于国际顶级期刊《Nano Letters》。
二维拓扑绝缘体具有受时间反演对称性保护的一维拓扑边缘态。边缘态中的电子的自旋和动量相互锁定,不会被局域无序和非磁性杂质散射,产生无耗散的输运边缘通道,有望广泛应用于低功耗自旋电子器件、拓扑量子计算等众多领域。然而,但在对二维拓扑绝缘体的实验探索中面临诸多挑战。例如,石墨烯的轨道自旋耦合过于微弱, 在倒空间 K点打开的能隙仅为ueV量级,远小于室温下的热展宽(~26 meV),导致其拓扑性质无法被观测。此外,一些材料,如单元素烯(Xenes),Bi系材料,过渡金属硫族化合物(ZrTe5, WTe2)等,已被证实在液氦温度或更低温区表现出较大的带隙、鲁棒的拓扑边缘态。但是目前液氦温区下观测鲁棒性的拓扑边缘态的工作还很少。这些都极大限制了对二维拓扑绝缘体的实际应用和物性探索。
北京理工大学姚裕贵教授、肖文德研究员团队长期致力于探索大带隙、高温环境的二维拓扑绝缘体的研究。近年来,该团队利用低温扫描隧道显微镜,在第二类Weyl半金属TaIrTe4和α-Bi4Br4的单层台阶边缘,观测到与台阶边缘结构无关的一维拓扑边缘态[Xu Dong et al., ACS Nano 13, 9571-9577 (2019)],[Xianglin Peng et al., J. Phys. Chem. Lett. 12, 10465-10471 (2021)],证实单层TaIrTe4和Bi4Br4为二维拓扑绝缘体。该团队还利用中红外吸收显微光谱证明了Bi4Br4边界吸收表现出强烈的偏振各向异性,这与拓扑边界态的一维性质一致,并测量到边界态的载流子寿命显著增加,达到纳秒量级。这种寿命比大多数拓扑材料都要长,这可以归因于螺旋边界态的线性色散性质[Junfeng Han et al., Science Bulletin 68, 417-423 (2023)]。
最近,研究团队选择电荷密度波材料Ta2NiSe7作为研究体系,通过液氮温度下的扫描隧道显微镜实验,观测到单层Ta2NiSe7台阶边缘处存在对复杂边缘几何构型保持鲁棒性的一维拓扑边缘态,表明Ta2NiSe7很有可能是一种大能隙二维拓扑绝缘体,有望应用于高温量子自旋霍尔器件。团队还利用脉冲激光实验研究了Ta2NiSe7的非线性光学性能,发现Ta2NiSe7光饱和吸收体具有高达52.6%的调制深度和225 fs的短脉冲持续时间,超过了先前报道的基于各种拓扑绝缘体的性能。Ta2NiSe7光饱和吸收体具有68.2 dB的信噪比,且可在高达630 mW的极高功率下稳定、长期工作,体现了巨大的应用价值。
北京理工大学为该研究工作的第一完成单位。北京理工大学的肖文德研究员和李翔教授为本文的通讯作者。北京理工大学物理学院博士研究生肖佩瑶为论文第一作者,孙晓东为论文的共同第一作者。北京邮电大学硕士生陈悦芊进行了本论文的光饱和吸收的实验,为论文的第二作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、以及北京理工大学物理学院先进光电量子结构设计与测量教育部重点实验室、北京理工大学纳米光子学与超精密光电系统北京市重点实验室、北京邮电大学理学院信息光子学与光通信国家重点实验室的支持。
Peiyao Xiao#, Xiaodong Sun#, Yueqian Chen,Wenjun Liu,Yilin Han,Zhi-Ming Yu,Xiang Li*, Wende Xiao*, Yugui Yao,“Robust Edge States of Quasi-1D Material Ta2NiSe7 and Applications in Saturable Absorbers” Nano Lett. Nano Lett. 24, 10402-10407 (2024)  (#为共同一作,*为通讯作者)

URL: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03623



Hot News / 相关推荐
  • 2025 - 04 - 25
    点击次数: 16
    来源:厦门稀土材料研究中心在深空深海等极端环境下,核电池可替代传统化石能源、太阳能实现长时间电力供给。随着深空深海探测任务(火星探测、极地信标等国家重大需求)的不断深化,同位素热光伏电池(RTPV)成为有潜力实现千瓦级大功率输出的核电池首选。目前,美国、俄罗斯、日本等国家在RTPV系统开发上处于领先地位,而我国在该领域的开发尚处于起步阶段。在RTPV系统中,选择性发射体是决定能量转换效率的关键器件...
  • 2025 - 04 - 25
    点击次数: 17
    来源:化学与分子工程学院过渡金属通常具有亲电性,呈现正价态。负价过渡金属配合物较为罕见,需要电子受体配体的支撑才能相对稳定,如铁族金属羰基配合物阴离子[Ni(CO)3]2-,此时过渡金属的价态仅为形式负价。即便如此,含形式负价的过渡金属配合物通常难以在常温固相条件下稳定存在,因此缺少过渡金属负价态的明确光谱学证据(X射线吸收光谱),限制了对过渡金属特殊负价态和亲核性的认识。近日,北京大学施祖进联...
  • 2025 - 04 - 24
    点击次数: 37
    来源:清华大学出版社期刊中心选择性发射体是决定放射性同位素热光伏(RTPV)系统能量转换效率的关键部件之一。开发具有高选择性发射率、高光谱效率和优异高温稳定性的选择性发射体可以有效提高RTPV系统的能量转换效率和服役寿命。为了调节选择性发射率和光谱效率,制备了一系列与GaSb半导体匹配的Er(Ta1-xNbx)O4 (0≤x≤0.2)选择性发射体。所制备的Er(Ta1-xNbx)O4 (0≤x≤0...
  • 2025 - 04 - 24
    点击次数: 35
    来源:北京理工大学近日,北京理工大学吕红金课题组在多金属氧簇导向的银团簇合成方面取得重要进展。相关成果以“Wearing Gigantic Silver Armor on Transition-Metal-Containing Polyoxometalates: Formation of Supertetrahedral Intercluster Compounds”为题发表在国际知名化学期刊《A...
  • Copyright ©Copyright 2018  2020 上海市稀土协会 All Rights Reserved 沪ICP备2020034223号-1  沪公网安备 31010402010140号
    主办单位:上海市稀土协会 指导单位:上海市稀土材料开发应用办公室 承办单位:上海稀土产业促进中心 
    犀牛云提供企业云服务