谷(gu)研試(shi)劑(ji)-拓撲絕(jue)緣體常(chang)溫常(chang)壓下(xia)表面(mian)態行(xing)為(wei)研究(jiu)取(qu)得進(jin)展

拓撲絕(jue)緣體常(chang)溫常(chang)壓下(xia)表面(mian)態行(xing)為(wei)研究(jiu)取(qu)得進(jin)展

　　不同(tong)於傳統(tong)意(yi)義(yi)上的“金屬”或“絕(jue)緣體”，拓撲絕(jue)緣體代(dai)表壹(yi)種(zhong)全新(xin)的量子物態(tai)：它的體態(tai)是有(you)能(neng)隙的半導(dao)體/絕(jue)緣體，表(biao)面則(ze)表(biao)現為(wei)沒(mei)有(you)能(neng)隙的金屬態。這種(zhong)*由(you)材(cai)料體態電(dian)子結(jie)構的拓撲性(xing)質(zhi)所決定(ding)的表面(mian)態，由於受(shou)到對稱(cheng)性(xing)的保(bao)護，基(ji)本不受(shou)雜(za)質(zhi)或(huo)無序的影響，因此非(fei)常(chang)穩定(ding)。拓撲絕(jue)緣體的研究(jiu)對探(tan)索(suo)和發現(xian)新(xin)的量子現象，以及(ji)在自(zi)旋電(dian)子學和(he)量子計算(suan)等領域(yu)的潛(qian)在應(ying)用都具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)意(yi)義(yi)。

　　角(jiao)分(fen)辨(bian)光(guang)電(dian)子能譜(pu)是(shi)直(zhi)接(jie)探(tan)測(ce)拓撲絕(jue)緣體表(biao)面態(tai)的主要(yao)實驗(yan)手段(duan)，掃描隧道顯微(wei)鏡也在(zai)拓撲絕(jue)緣體表(biao)面態(tai)的研究(jiu)中發(fa)揮(hui)了(le)重(zhong)要(yao)作(zuo)用。但這些(xie)實(shi)驗(yan)手段(duan)都是在(zai)超(chao)高真(zhen)空(kong)條(tiao)件(jian)下(xia)實現(xian)的，對新(xin)鮮清(qing)潔樣(yang)品(pin)表面的測量。另(ling)壹(yi)方面(mian)，對(dui)表面(mian)態輸運性質(zhi)的測量以及(ji)光學(xue)性(xing)質的測量，樣(yang)品(pin)表面壹般是(shi)壹直(zhi)暴(bao)露(lu)在(zai)空(kong)氣(qi)中或(huo)曾(zeng)在空(kong)氣(qi)中暴(bao)露(lu)過(guo)。對(dui)拓撲絕(jue)緣體的應(ying)用而言，也必(bi)須考慮(lv)暴(bao)露(lu)空(kong)氣(qi)的影響。那(na)麽(me)，對於空(kong)氣(qi)中暴(bao)露(lu)過(guo)的拓撲絕(jue)緣體，它的表面(mian)態還存在嗎?空(kong)氣(qi)對表(biao)面態有(you)怎樣的影響呢(ne)?

　　中(zhong)科(ke)院物理研究(jiu)所/北(bei)京(jing)凝聚(ju)態物理國家(jia)實驗(yan)室(籌)超導(dao)國(guo)家(jia)重點(dian)實(shi)驗(yan)室周(zhou)興(xing)江研究(jiu)組(zu)博(bo)士生(sheng)陳朝宇(yu)與(yu)凝(ning)聚態(tai)理論(lun)與(yu)材(cai)料計算(suan)實驗(yan)室方忠(zhong)、戴(dai)希(xi)研究(jiu)組(zu)翁(weng)紅(hong)明(ming)博(bo)士等合作(zuo)，利用自主研制的真(zhen)空(kong)紫(zi)外(wai)激光角(jiao)分(fen)辨(bian)光(guang)電(dian)子能譜(pu)系(xi)統(tong)，對(dui)典型(xing)的三(san)維拓撲絕(jue)緣體Bi2Se3和(he)Bi2Te3在暴(bao)露(lu)空(kong)氣(qi)後的表面(mian)態電(dian)子結(jie)構進(jin)行(xing)了(le)研究(jiu)，對以上問題給出(chu)了(le)明(ming)確答案(an)。

　　周(zhou)興(xing)江研究(jiu)組(zu)首(shou)長(chang)出(chu)了(le)壹(yi)系(xi)列(lie)高(gao)質(zhi)量的Bi2(Te,Se)3拓撲絕(jue)緣體單晶(jing)樣品(pin)，實現了(le)樣(yang)品(pin)體態載(zai)流子從電(dian)子型(xing)到空(kong)穴型(xing)的演變。對真(zhen)空(kong)解(jie)理樣品(pin)的光電(dian)子能譜(pu)研究(jiu)中，他(ta)們(men)發(fa)現(xian)Se摻(chan)雜(za)量的不同(tong)會(hui)引(yin)起材(cai)料體態和表(biao)面態能帶結(jie)構及(ji)載(zai)流子濃度的顯著(zhu)變化(圖(tu))。隨(sui)後，他(ta)們(men)對(dui)在(zai)空(kong)氣(qi)中或(huo)氮氣(qi)中暴(bao)露(lu)過(guo)的拓撲絕(jue)緣體表(biao)面態(tai)進(jin)行(xing)測量(圖(tu)2，3，4)。

　　首(shou)先，研究(jiu)人(ren)員發現(xian)暴(bao)露(lu)空(kong)氣(qi)之後的拓撲絕(jue)緣體的拓撲表(biao)面(mian)態依(yi)然存(cun)在，直(zhi)接(jie)證明(ming)了(le)空(kong)氣(qi)環境(jing)中拓撲序的穩定(ding)性;其次(ci)，暴(bao)露(lu)空(kong)氣(qi)之後材(cai)料的表面(mian)態電(dian)子結(jie)構發(fa)生(sheng)了(le)顯著(zhu)的變化，表(biao)現出(chu)明(ming)顯的電(dian)子摻(chan)雜(za)，導(dao)致(zhi)表面(mian)態能帶(dai)整(zheng)體向(xiang)結(jie)合能(neng)更大(da)的方向(xiang)移動(dong)，費米(mi)面(mian)也相(xiang)應(ying)地(di)產生(sheng)了(le)顯著(zhu)變化;zui後，非(fei)常(chang)有(you)趣的是，在(zai)拓撲絕(jue)緣體的表面(mian)，產生(sheng)了(le)與(yu)表(biao)面態(tai)共存的額(e)外(wai)的量子阱(jing)態(tai)。研究(jiu)發現(xian)，通(tong)常(chang)的能帶(dai)彎曲(qu)模(mo)型(xing)不能(neng)解釋(shi)量子阱(jing)態(tai)既(ji)在(zai)價(jia)帶又(you)在導(dao)帶出(chu)現的情(qing)形，並(bing)提(ti)出(chu)壹種(zhong)新(xin)的理解量子阱(jing)態(tai)形成(cheng)的圖(tu)像。