【儀表網 研發快訊】材料的電子結構受其幾何結構和材料維度的影響。一些具有特殊幾何構型的晶格，如籠目晶格、Lieb晶格、著色三角晶格等，具有電子阻挫效應產生的無色散的能帶，即平帶，其中存在豐富的電子關聯效應。最近，人們在三維籠目金屬中已經觀察到多種關聯電子態，例如巨大的反常霍爾效應、量子自旋液體、手性電荷密度波和非常規超導等。另一方面，與半導體工業中常用的三維半導體相比，二維半導體由于良好的開關性能和更強的庫侖相互作用而受到了高度關注，有望用于制備新一代量子器件。然而，在二維半導體中引入幾何阻挫導致的電子關聯效應仍然是一個挑戰。以籠目晶格為例，二維籠目晶格材料由于生長制備的困難導致相關的實驗研究十分缺乏。
 

　　中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心SF09組的馮寶杰副研究員和陳嵐研究員長期從事低維拓撲材料的制備和物性調控，近年來發現了多種具有奇特晶格的材料，比如呼吸籠目晶格Nb3Cl8 [Nano Lett. 22, 695 (2022)]，一維和二維Su-Schrieffer-Heeger晶格[Nano Lett. 22, 695 (2022); Nat. Commun. 13, 7000 (2022)]以及二維棋盤晶格Cu2N [Nano Lett. 23, 5610 (2023)]等，并發現了其中存在豐富的拓撲電子態。最近，他們與新加坡國立大學的陳偉教授、A. T. S. Wee教授、浙江大學物理學院茍健研究員合作，利用MBE生長出了一種新型的二維半導體Cr8Se12，發現該材料具有新奇的CT晶格。該晶格可以通過將籠目晶格進行扭曲獲得，其中存在類似籠目晶格的能帶結構。他們利用掃描隧道顯微鏡(STM)和非接觸式原子力顯微鏡(nc-AFM)技術確認了該材料的原子結構，并且利用ARPES和STS證實了該材料存在約0.80eV的能隙和接近價帶頂的范霍夫奇點。結合第一性原理計算，他們進一步發現Cr8Se12中的奇特能帶主要源于表層Se原子的pz軌道，并且受下方的蜂窩狀的Cr晶格調制，從而形成交替的電子躍遷。
 

　　該研究報道了一種新型的二維半導體材料Cr8Se12，不僅豐富了二維磁性和拓撲材料的種類，而且為深入研究幾何阻挫導致的強關聯物理提供了新的平臺。
 

　　本工作受到了北京市自然科學基金、中國科學院先導B和青年團隊計劃的資助。新加坡國立大學陳偉教授、A. T. S. Wee教授，中國科學院物理所馮寶杰副研究員，浙江大學茍健研究員，新加坡科技研究局Lin Ming教授為共同通訊作者，新加坡國立大學博士后段嗣盛和尤景陽、中國科學院物理所博士生蔡志浩，浙江大學茍健研究員為本研究的共同第一作者。相關成果以 “Observation of kagome-like bands in two-dimensional semiconducting Cr8Se12”為題，在線發表在國際學術期刊《Nature Communications》上。
 

　　鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53314-1
 

圖 著色三角形晶格與二維半導體Cr8Se12的物性表征