C114訊 8月9日消息(余予)來自華中科技大學(xué)的消息顯示,近日,華中科技大學(xué)物理學(xué)院付英雙教授領(lǐng)導(dǎo)的低維物理與量子材料實驗室團隊在強關(guān)聯(lián)電子體系的量子調(diào)控研究中取得進(jìn)展。

據(jù)了解,1T-TaS2因可能存在量子自旋液體態(tài)和復(fù)雜的電子關(guān)聯(lián)現(xiàn)象一直受到研究者的廣泛關(guān)注。其中,量子自旋液體態(tài)可以構(gòu)建量子比特。

領(lǐng)域內(nèi)普遍認(rèn)為1T-TaS2的絕緣性來源于Mott-Hubbard機制,但最新的研究表明層間耦合也能導(dǎo)致其絕緣性,從而是普通的能帶絕緣體。解決爭議的一個直接方法是研究單層樣品,以排除層間耦合的影響。

研究工作中,付英雙團隊利用分子束外延方法在石墨烯襯底上精確制備了單層1T-NbSe2薄膜,并通過掃描隧道顯微鏡(STM)及其譜學(xué)表征技術(shù)對單層1T-NbSe2薄膜的表面形貌和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。實驗發(fā)現(xiàn),77 K時SD絕大多數(shù)表現(xiàn)為“亮”中心結(jié)構(gòu),同時有少部分主要集中于薄膜邊界的SD呈現(xiàn)“暗”中心結(jié)構(gòu)。這兩種SD在電子結(jié)構(gòu)上的差異體現(xiàn)在亮SD中心有一個位于160 mV處的峰。這個峰在暗SD中心消失。

通過變溫實驗得出,當(dāng)溫度降低到4．4 K時,所有的SD轉(zhuǎn)變?yōu)榘祽B(tài),同時160 mV的峰也隨之消失;當(dāng)溫度升高至40-50 K時,SD會突然的由暗態(tài)轉(zhuǎn)為亮態(tài),隧道譜上也相應(yīng)地出現(xiàn)強的160 mV峰。

除此之外,研究團隊還通過對1T-TaS2 進(jìn)行類比分析,推測這個160 mV的峰是上Hubbard帶(UHB)。其中,當(dāng)UHB上移到導(dǎo)帶中時,會導(dǎo)致SD由亮轉(zhuǎn)暗。這一推測得到了第一性原理計算的支持。分子動力學(xué)計算表明1T-NbSe2確實會在溫度上升至50K時發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)扭曲,主要表現(xiàn)為最近鄰Nb原子向中心收縮,而最近鄰的Se原子會在面內(nèi)收縮的同時面外擴張。這一結(jié)構(gòu)的變化會導(dǎo)致中心Nb原子的d軌道與Se原子的p軌道雜化增強,使d軌道的帶寬增加,進(jìn)而減小有效的庫倫作用。

該工作意味著可以通過應(yīng)力來調(diào)控關(guān)聯(lián)絕緣體系的Mott參數(shù),而Mott參數(shù)決定了系統(tǒng)是否可以實現(xiàn)量子自旋液體態(tài)。計算表明只需要很小的應(yīng)力就能使1T-NbSe2的有效庫倫作用強度顯著改變。而對于1T-TaS2,應(yīng)力的影響則小得多。該工作為在此類材料體系中人工調(diào)控實現(xiàn)量子自旋液體態(tài)提供了契機。

該成果于近日以“Charge Transfer Gap Tuning via Structural Distortion in Monolayer 1T-NbSe2”為題在納米領(lǐng)域權(quán)威期刊Nano Letters上發(fā)表。物理學(xué)院博士生劉振宇和北京計算科學(xué)研究中心博士后喬爽為共同第一作者,付英雙為論文的通訊作者。北京計算中心黃兵研究員、我校物理學(xué)院呂京濤教授和團隊成員張文號副教授參與了相關(guān)工作。