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:
36
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
-
02
点击次数:
0
来源：北京大学化学与分子工程学院《自然》杂志2月12日刊发了一项颠覆性催化技术突破：北京大学马丁教授团队与中国科学院大学周武教授团队合作，成功开发出全球首例兼具超高活性与超长稳定性的甲醇-水重整制氢催化剂。该研究通过独创的稀土氧化物"纳米防护盾"技术，将铂基催化剂的持续工作时间提升至1000小时以上，催化转化数(TON)突破1500万次大关，为氢能规模化应用扫除关键障碍。研究团...
2025
-
04
-
02
点击次数:
0
来源：能源学人南京大学唐少春教授团队研究发现，通过精准调控原子掺杂二维稀土氧化物能实现超高活性和稳定性的催化剂，特别有趣的是，A位掺杂LaFeO3催化活性（B-LaFeO3）明显优于B位掺杂（A-LaFeO3）。团队利用自主研发的自模板策略，制备出高比表面积和可控原子掺杂的介孔钙钛矿结构氧化物纳米片（MPONs）。当稀土元素铕（Europium, Eu）掺杂LaFeO3的MPONs用作析氧反应（O...
2025
-
04
-
01
点击次数:
22
来源：厦门大学固体氧化物电池作为高效的能源转换设备，在可持续能源体系中扮演着重要角色。然而，传统钙钛矿型空气电极面临着活性有限、稳定性差和电化学性能衰减快等挑战，限制了其广泛应用。近日，能源学院孙毅飞副教授团队与利物浦大学屠昕教授、科廷大学邵宗平教授合作，在国际顶级期刊Nature Communications上发表了题为"Co-expression of multi-genes for...
2025
-
04
-
01
点击次数:
21
来源：自然资源部据Mining.com网站报道，塔隆金属公司（Talon Metals Corp）在美国明尼苏达州的塔马拉克（Tamarack）镍矿取得一个块状硫化物发现，可能使得现有铜镍钴资源量大幅增长。26日，公司在公告中称，已经把新的钻探结果用于资源量更新，为支撑环境许可申请，准备完成一项可行性研究。工作过程中，勘探团队对以前的一个钻孔进行了检查，该孔在707.75米深处见到明显矿化，见矿8...