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同步辐射光电子能谱揭示二维Lieb晶格的奇妙电子结构

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更新时间:2020-05-12 11:11

近日,Nano Letters发表了文章“Experimental Realization of Two-Dimensional Buckled Lieb lattice”,文中介绍了北京航空航天大学杜轶团队与中科院高能所王嘉鸥团队、大连理工大学赵纪军团队及物理所陈岚团队合作成果。本研究采用分子束外延的方法制备出了一种有Al 和Sn 原子组成的单层Lieb晶格,借助特定原子与金属表面的相互作用形成稳定的褶皱二维晶格。 

  在二维Lieb晶格的奇妙电子结构中,一个平带被夹在两个线性色散的能带中间(狄拉克锥)。狄拉克锥可以产生无质量载流子,而平带可以实现分数量子霍尔效应、超导电性和各种拓扑非平凡相,理论计算表明,在Lieb晶格的能带结构中,存在部分断开的节线环和具有自旋轨道耦合效应的拓扑非平庸绝缘态。 

  王嘉鸥团队利用角分辨光电子能谱对该体系的电子结构进行了实验表征,实验揭示了最顶端Al原子与Sn原子的杂化态。这项工作为基于Lieb晶格构建二维量子材料提供了一种独特的方法,将促进人们对二维Lieb晶格对称性相关的电子和拓扑性质的理解,以探索新的物理性质和应用。 

  这项工作中的角分辨光电子能谱研究是在北京同步辐射光电子能谱实验站完成的。该实验站是一套综合性表面物理研究实验装置,其将外延生长与表面结构表征(STM 和LEED)、同步辐射电子结构表征(SR-ARPES 和SXR-NEXAFS)原位结合,它的X 射线能量范围为20~1000eV,配备角分辨电子能量分析器和全电子产额式软X 射线吸收谱装置,其在材料表面的调控和电子结构表征方面具有独特的优势。 

  高能所刘晨助理研究员为本文的共同第一作者。 

Al-Sn Lieb晶格的原子示意图(左)及能带模拟(右)

角分辨光电子能谱对Al-Sn Lieb晶格的能带表征