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上海微系統(tǒng)所在研究材料結(jié)構(gòu)中取得新進展

來源：測試GO 時間：2022-10-17 09:44:54 瀏覽：2177次

重磅消息！上海微系統(tǒng)所在研究材料結(jié)構(gòu)中取得新進展。在本項研究拓撲材料中第一性原理計算發(fā)揮著巨大作用，成功制備一種準一維拓撲材料TaNiTe5！

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維度的降低會顯著影響材料的物理化學(xué)性質(zhì)，同時也將引起一系列新奇的量子現(xiàn)象，例如二維材料石墨烯中發(fā)現(xiàn)的線性色散。維度對于拓撲材料則更為重要：拓撲材料具有受對稱性保護的邊緣態(tài)，從而使得由缺陷或雜質(zhì)引起的電子背散射被禁止；而進一步將拓撲材料的維度降低到一維則會顯著增強電子的各向異性，使邊緣態(tài)中自旋極化的電子被限制于一維導(dǎo)電通道中，從而最大限度地避免散射的發(fā)生以達到更高的遷移率、更長的自旋弛豫時間。因此，尋找性質(zhì)穩(wěn)定的準一維拓撲材料并研究其電子結(jié)構(gòu)，對開發(fā)新一代超低功耗的自旋電子學(xué)器件具有指導(dǎo)意義。

近日，上海微系統(tǒng)所葉茂研究員與東京大學(xué)Takeshi Kondo教授以及微系統(tǒng)所喬山研究員團隊合作，成功制備了一種準一維拓撲材料TaNiTe5，并利用上海微系統(tǒng)所牽頭建設(shè)的“基于上海光源的原位電子結(jié)構(gòu)綜合研究平臺(SiP.ME2)”的高精度微聚焦角分辨光電子能譜線站(上海光源BL03U)首次直接觀測到了該材料中強弱拓撲序共存的獨特電子結(jié)構(gòu)。

在本項研究中，通過第一性原理計算發(fā)現(xiàn)TaNiTe5在倒空間中的Γ-Y方向和Γ-Σ方向分別存在兩處能帶反轉(zhuǎn)。其中，前者對應(yīng)的拓撲表面電子態(tài)同時在(001)和(010)面上被清晰地觀測到，其自旋動量鎖定的能帶自旋結(jié)構(gòu)也與理論計算結(jié)果完美吻合，從而證明了強拓撲序的存在；而后者對應(yīng)的拓撲表面態(tài)僅僅出現(xiàn)在(001)面上，且等能面上呈獨特的節(jié)點弧狀，結(jié)合拓撲不變量的計算證明了這是弱拓撲序的表現(xiàn)。值得一提的是，Γ-Σ對應(yīng)于實空間中準一維原子鏈的方向，因此節(jié)點弧型弱拓撲態(tài)的發(fā)現(xiàn)從微觀電子結(jié)構(gòu)層面揭示了TaNiTe5中強各向異性的輸運性質(zhì)的拓撲起源。該工作全面而系統(tǒng)地揭示了TaNiTe5材料中“雙拓撲”共存的獨特拓撲性質(zhì)，展示了其在拓撲調(diào)控方面的潛力，為設(shè)計新型自旋電子學(xué)器件提供了平臺。

該論文的第一作者為中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所博士生王德陽，通訊作者為中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的葉茂研究員、喬山研究員，以及東京大學(xué)的Takeshi Kondo教授。中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所為論文的第一完成單位。該工作獲得科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的支持。

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