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上海微系統所在研究材料結構中取得新進展

來源：測試GO 時間：2022-10-17 09:44:54 瀏覽：2187次

重磅消息！上海微系統所在研究材料結構中取得新進展。在本項研究拓撲材料中第一性原理計算發揮著巨大作用，成功制備一種準一維拓撲材料TaNiTe5！

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維度的降低會顯著影響材料的物理化學性質，同時也將引起一系列新奇的量子現象，例如二維材料石墨烯中發現的線性色散。維度對于拓撲材料則更為重要：拓撲材料具有受對稱性保護的邊緣態，從而使得由缺陷或雜質引起的電子背散射被禁止；而進一步將拓撲材料的維度降低到一維則會顯著增強電子的各向異性，使邊緣態中自旋極化的電子被限制于一維導電通道中，從而最大限度地避免散射的發生以達到更高的遷移率、更長的自旋弛豫時間。因此，尋找性質穩定的準一維拓撲材料并研究其電子結構，對開發新一代超低功耗的自旋電子學器件具有指導意義。

近日，上海微系統所葉茂研究員與東京大學Takeshi Kondo教授以及微系統所喬山研究員團隊合作，成功制備了一種準一維拓撲材料TaNiTe5，并利用上海微系統所牽頭建設的“基于上海光源的原位電子結構綜合研究平臺(SiP.ME2)”的高精度微聚焦角分辨光電子能譜線站(上海光源BL03U)首次直接觀測到了該材料中強弱拓撲序共存的獨特電子結構。

在本項研究中，通過第一性原理計算發現TaNiTe5在倒空間中的Γ-Y方向和Γ-Σ方向分別存在兩處能帶反轉。其中，前者對應的拓撲表面電子態同時在(001)和(010)面上被清晰地觀測到，其自旋動量鎖定的能帶自旋結構也與理論計算結果完美吻合，從而證明了強拓撲序的存在；而后者對應的拓撲表面態僅僅出現在(001)面上，且等能面上呈獨特的節點弧狀，結合拓撲不變量的計算證明了這是弱拓撲序的表現。值得一提的是，Γ-Σ對應于實空間中準一維原子鏈的方向，因此節點弧型弱拓撲態的發現從微觀電子結構層面揭示了TaNiTe5中強各向異性的輸運性質的拓撲起源。該工作全面而系統地揭示了TaNiTe5材料中“雙拓撲”共存的獨特拓撲性質，展示了其在拓撲調控方面的潛力，為設計新型自旋電子學器件提供了平臺。

該論文的第一作者為中國科學院上海微系統與信息技術研究所博士生王德陽，通訊作者為中國科學院上海微系統與信息技術研究所的葉茂研究員、喬山研究員，以及東京大學的Takeshi Kondo教授。中國科學院上海微系統與信息技術研究所為論文的第一完成單位。該工作獲得科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的支持。

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