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
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
-
03
点击次数:
147
...
2025年4月3日上午，市稀土协会秘书长吴建思、副秘书长崔中倪赴博迈立铖投资(中国)有限公司(原日立金属（上海）有限公司），与公司磁性材料部副部长钮一峰、工程技术部副部长马博骁进行了深入的座谈交流。钮一峰部长对博迈立铖公司的总体情况进行了详细的介绍，内容涵盖了公司的发展历程、主要业务以及产品等多个方面。他还特别强调了公司在稀土磁材板块中注入的“专业”精神，并对未来的发展趋势和战略方向进行了阐述，并...
2025
-
04
-
03
点击次数:
159
...
2025年4月3日上午，市稀土协会秘书长吴建思、副秘书长崔中倪赴博迈立铖投资(中国)有限公司(原日立金属（上海）有限公司），与公司磁性材料部副部长钮一峰、工程技术部副部长马博骁进行了深入的座谈交流。钮一峰部长对博迈立铖公司的总体情况进行了详细的介绍，内容涵盖了公司的发展历程、主要业务以及产品等多个方面。他还特别强调了公司在稀土磁材板块中注入的“专业”精神，并对未来的发展趋势和战略方向进行了阐述，并...
2025
-
04
-
03
点击次数:
128
...
来源：X-MOL稀土离子（Ln3+）化合物具有特殊的光学性质和丰富的磁性质，在材料科学、医学影像和生命科学中具有重要用途。在生物无机化学和化学生物学研究中稀土离子由于其丰富的磁和光学性质，可以应用于生物大分子构象分析与动态互作研究中。最近20多年来，稀土离子在蛋白质结构与互作研究中体现出重要研究潜力，人们把顺磁性稀土离子通过定点修饰的方式引入到蛋白质等大分子上，利用稀土离子产生的顺磁效应可以极大提...
2025
-
04
-
03
点击次数:
123
...
来源：清华大学出版社期刊中心文章DOI：10.26599/JAC.2025.9221061ResearchGate： https://www.researchgate.net/publication/389719332_Lowering_operating_temperatures_in_high-power_laser-excited_LuAGCe_films_through_improving...