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低維量子結(jié)構(gòu)的制備和物性研究獲系列進(jìn)展

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低維量子結(jié)構(gòu)的制備和物性研究獲系列進(jìn)展

摘要: 　　近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室國(guó)際功能材料量子設(shè)計(jì)中心與中科院強(qiáng)耦合量子材料物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授曾長(zhǎng)淦學(xué)習(xí)組，成功制備強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系單晶納米線和原子尺度的二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)，并發(fā)現(xiàn) ...

　　近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室國(guó)際功能材料量子設(shè)計(jì)中心與中科院強(qiáng)耦合量子材料物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授曾長(zhǎng)淦學(xué)習(xí)組，成功制備強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系單晶納米線和原子尺度的二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)，并發(fā)現(xiàn)其物性被維度所顯著調(diào)控。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在納米快報(bào)（Nano Lett.）和自然-通訊（Nature Commun.）上。
　　目前一維物理領(lǐng)域的重心主要局限于學(xué)習(xí)空間均勻的電子相。一個(gè)有趣的問題是，對(duì)于電子相分離體系，一維限域如何調(diào)控其物理特性？在錳氧化物L(fēng)a0.33Pr0.34Ca0.33MnO3單晶納米線成功制備的基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)與陸輕鈾學(xué)習(xí)組合作，對(duì)這一問題進(jìn)行了深入探索。首先發(fā)現(xiàn)了一維限域?qū)е碌碾娮虞斶\(yùn)對(duì)序參量漲落的超敏感性，揭示了鐵磁金屬相的前驅(qū)態(tài)，即磁性納米液滴態(tài)。進(jìn)一步學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)，由于一維各向異性，在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)（14 T）下絕緣疇仍能穩(wěn)定存在，只是被壓縮成很細(xì)的條帶，從而在納米線中形成本征的隧道結(jié)，穩(wěn)定一種新型的量子逾滲態(tài)。而與此相對(duì)比，低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下塊體中的絕緣相完全轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁金屬相。因此，對(duì)于La0.33Pr0.34Ca0.33MnO3納米線，該團(tuán)隊(duì)首次揭示了其受一維限域調(diào)制的新相圖，如圖1所示。這些新發(fā)現(xiàn)有助于利用低維度來(lái)調(diào)控強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子相分離體系豐富的量子物性。這一學(xué)習(xí)成果發(fā)表在納米快報(bào)上（Nano Lett. DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04444），博士生張凱旋為文章第一作者。
　　如諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主Kroemer所言，“界面即器件”，目前各種半導(dǎo)體器件大體都與界面結(jié)構(gòu)和特性相關(guān)。單層過渡金屬硫族化合物、石墨烯、六方氮化硼(hBN)等是二維范德瓦爾斯材料家族中的重要組成局部。如果能夠把不同的二維材料堆砌起來(lái)，就可以構(gòu)造原子尺度的異質(zhì)結(jié)，從而設(shè)計(jì)并優(yōu)化不同的器件功能。由于層狀材料之間是相對(duì)弱的范德瓦爾斯作用，層狀材料的異質(zhì)外延生長(zhǎng)與常規(guī)半導(dǎo)體異質(zhì)外延有顯著差異，尤其體現(xiàn)在放松對(duì)晶格匹配的要求上。因此，原則上可以利用外延生長(zhǎng)的方法靈活地設(shè)計(jì)并生長(zhǎng)新穎的二維異質(zhì)體系。
　　該學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)與美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯丁分校教授施至剛學(xué)習(xí)組合作，使用分子束外延方法，首次成功制備了MoSe2/hBN/Ru(0001)異質(zhì)結(jié)，如圖2所示。進(jìn)一步學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)在hBN/Ru(0001)上的MoSe2準(zhǔn)粒子能隙比生長(zhǎng)在石墨烯或者石墨上的MoSe2的能隙小0.25 eV，源于強(qiáng)耦合的hBN/Ru(0001)襯底提供的靜電屏蔽效應(yīng)。此外MoSe2的電子結(jié)構(gòu)和功函數(shù)存在周期性的調(diào)制，調(diào)制幅度為0.13 eV。調(diào)制周期與hBN在Ru(0001)襯底的摩爾條紋周期以及相應(yīng)的hBN功函數(shù)調(diào)制周期完全一致，表明這是純靜電效應(yīng)。這一工作對(duì)于拓展二維范德瓦爾斯異質(zhì)體系并調(diào)控其物性具有重要意義。該學(xué)習(xí)成果發(fā)表在自然-通訊上（Nature Commun. 7， 13843 (2016)），博士生張強(qiáng)為文章第一作者。
　　上述學(xué)習(xí)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、教育部以及量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。
　　文章鏈接：1 2

　　圖1. 強(qiáng)關(guān)聯(lián)錳氧化物納米線不同量子態(tài)的相圖

　　圖2. MoSe2/hBN/Ru(0001)的掃描隧道顯微鏡圖像
　　來(lái)源:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)　　編輯:葉瑞優(yōu)低維量子結(jié)構(gòu)的制備和物性研究獲系列進(jìn)展  |  責(zé)任編輯：蟲子
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