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潘明虎教授团队在拓扑晶体绝缘体领域取得进展
发布时间:2019-02-22

21日,纳米材料科学权威期刊《ACS Nano》在线发表了我院潘明虎教授题为《钛酸锶衬底上寡层PbSe的外延生长:压缩应力效应及潜在的二维拓扑晶体绝缘体》(Epitaxial Growth of PbSe Few-Layers on SrTiO3: The Effect of Compressive Strain and Potential Two-Dimensional Topological Crystalline Insulator)的研究论文。文章报道了通过超高真空分子束外延技术生长出寡层的PbSe,利用扫描隧道显微镜对薄膜中存在的压缩应力效应进行了系统研究,揭示了二维PbSe边缘处存在的狄拉克型边缘态。


拓扑晶体绝缘体是完全不同于拓扑绝缘体的一种新型拓扑材料,其拓扑性质受到晶格对称性保护,从而降低了在真实晶体材料中实现拓扑晶体绝缘体的难度,使其更具应用前景。2013年,美国麻省理工学院傅亮教授及其合作者基于二维拓扑晶体绝缘体提出一种完全不同于传统晶体管的拓扑晶体管。通过电场调控其开/关状态,可以实现极高的响应速度且能耗极低,揭示了这类材料的优异应用前景。然而,由于在薄膜生长当中不可避免地受到衬底应力的作用,拓扑态会相应地被调制甚至被破坏,因此国际上相关的实验研究工作进展缓慢。


我院潘明虎教授与北京应用物理与数学研究所的张平教授开展合作,结合扫描隧道显微镜与第一性原理计算,研究了外延生长在SrTiO3衬底上PbSe薄膜的压缩应力及其对拓扑态的调制作用。研究发现,由晶格失配引起的原子晶格褶皱会破坏拓扑态的形成,将导致一个从非平庸拓扑态到平庸绝缘态的相变产生。随着层厚增加和应力释放,在第七层PbSe薄膜边缘处观察到狄拉克型的边缘态。研究结果表明寡层的PbSe可能存在的二维拓扑晶体绝缘体态。该工作对探索二维拓扑晶体绝缘体薄膜的生长及实验调控其拓扑态具有重要意义。



我院博士生邵志斌和张宗源分别为论文第一作者及共同第一作者,北京应用物理与数学研究所郑法伟为本文提供了理论计算支持。潘明虎教授和北京应用物理与数学研究所的张平教授为论文共同通讯作者。


该工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。论文链接:

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acsnano.9b00072


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