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石墨烯频登Nature,这一次是两篇拓扑绝缘纳米带!

古人云:福无双至,祸不单行

事实证明,福有的时候也经常一起出来遛弯!

有意思的是,每次遛弯还遛到了同一个地方!

 

三月份的时候,中科大少年班毕业的曹原小哥哥(小编作为一个80后,被扎心了)在Nature上背靠背发表两篇关于石墨烯超导的论文,他们在魔角扭曲的双层石墨烯中发现新的电子态,简单实现了绝缘体到超导体的转变,打开了非常规超导体研究的大门。

链接:

2010级少年班校友曹原在Nature连发两文 阐述石墨烯超导领域重大发现

这劲还没缓呢!今天凌晨,Nature同一期又发了两篇关于石墨烯的论文,这一次依然是物理!不过不是超导,而是拓扑绝缘体!两篇论文一篇来自瑞士联邦材料科学与技术研究所,一篇来自美国加州大学伯克利分校,共同点还不少,两者都采用实验手段得到了一维拓扑绝缘体——拓扑绝缘的石墨烯纳米带,让理论预测变成了现实,都有三个共同一作,共同一作里面都有中国人!

 

石墨烯,同样是材料,你咋这么优秀呢?

 

废话少说,言归正传!下面简单对论文进行介绍!

 

石墨烯频登Nature,这一次是两篇拓扑绝缘纳米带!

共同第一作者:Daniel J. Rizzo, Gregory Veber, Ting Cao

共同通讯作者:Steven G. Louie, Michael. F. Crommie, Felix R. Fischer

第一单位:加州大学伯克利分校

 

石墨烯频登Nature,这一次是两篇拓扑绝缘纳米带!

共同第一作者:Oliver Groning, Shiyong Wang(上海交大), Xuelin Yao

通讯作者:Oliver Groning

第一单位:瑞士联邦材料科学与技术研究所

 

拓扑绝缘体的基本概念:

    按照导电性质的不同,材料可分为“导体”和“绝缘体”两大类;而更进一步,根据电子态的拓扑性质的不同,“绝缘体”和“导体”还可以进行更细致的划分。拓扑绝缘体与人们通常认识的绝缘体一样,是绝缘的,但是在它的边界或表面总是存在导电的边缘态,这是它有别于普通绝缘体的最独特的性质。这样的导电边缘态在保证一定对称性(比如时间反演对称性)的前提下是稳定存在的,而且不同自旋的导电电子的运动方向是相反的,所以信息的传递可以通过电子的自旋,而不像传统材料通过电荷来传递。

石墨烯频登Nature,这一次是两篇拓扑绝缘纳米带!

拓扑绝缘体的能带图(来自维基百科)

 

一维拓扑绝缘体:

    过去人们所报道的拓扑绝缘体一般是二维或者三维结构,而一维的拓扑绝缘体只存在理论研究中,尚未有实验证据理论研究预测石墨烯纳米带内存在一维对称保护的拓扑绝缘相,这些半导体石墨烯纳米带中的拓扑绝缘相由纳米带的宽度,边缘形状,端位的晶胞结构所决定,具有Z2拓扑不变量。

研究亮点:

     两个课题组分别通过实验手段设计得到了石墨烯纳米带拓扑绝缘体。这种材料可以实现奇异的拓扑状态,进而应用于量子科技。

 

技术要点:

    巧妙设计前驱体从而实现单原子精度地控制石墨烯纳米带的端位结构和宽度,进而得到拓扑绝缘的石墨烯纳米带。

伯克利的策略:

石墨烯频登Nature,这一次是两篇拓扑绝缘纳米带!

 

瑞士联邦材料科学与技术研究所的策略:

内容太偏物理了,小编确实不懂,就不强行解读了,感兴趣的朋友可阅读原文,谢谢!

 

部分作者介绍:

Michael. F. Crommie教授是美国物理学会会士,加州大学洛杉矶分校物理学士(1984)及加州大学伯克利分校物理学博士学位(1991),现任加州大学伯克利分校物理系教授,美国劳伦斯伯克利国家实验室资深科学家。Crommie教授是国际上低维材料体系和扫描隧道显微学领域的著名科学家。其研究涵盖了晶体、表面、界面和团簇等电学、磁学与力学特性,固体的准粒子和光学激发,块体与低维体系中的电子关联效应,纳米管与纳米结构体系,第一性原理理论,以及单分子的量子特性等。在Science、Nature、Nuture子刊、Phys. Rev. Lett.等国际一流期刊上发表学术论文53篇。他在IBM的D. Eigler教授研究组工作时,利用STM操纵Fe原子形成量子围栏,观察金属表面的自由电子筑波,是STM领域的最经典的几个工作之一。近年来在石墨烯的基础物理学方面也有一系列非常经典的工作,例如观察石墨烯的声子诱导的散射过程、弯曲石墨烯中的巨大等效磁场和朗道能级、石墨烯的形成过程等等。曾获美国科学促进会纽科姆·克利夫兰奖(1993,1994),美国国家科学基金青年研究者奖(1994),美国斯隆基金会奖(1997)等奖项。更为重要的是,Crommie教授年富力强,而且热心教育事业,他已经为中国培养出了一批优秀的青年科学家,如复旦大学的张远波教授、中科院物理所的陆兴华研究员都曾是他的学生。

注:以上内容摘自河南大学光伏材料省重点实验室官网通知

 

Steven G. Louie是美国国家科学院院士和美国艺术与科学学院院士,美国加州大学伯克利分校教授,美国劳伦斯伯克利国家实验室资深科学家。研究领域涵盖理论凝聚态物理与纳米科学领域的众多分支,在表面、界面、纳米结构与低维体系里做出了大批开创性工作。发表了600余篇学术论文,著有多本学术专著,总引用次数超过66000,H-因子超过120。曾获美国物理学会计算物理Rahman奖(1996),美国物理学会表面物理Davisson-Germer奖(1999),美国远见研究所纳米技术Feynman奖(2003),Simons Foundation Fellow (2012),美国材料学会材料理论奖(2015)。

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