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南京大學(xué)&蘇州大學(xué)《Nature》:打開(kāi)晶體拓?fù)湎嘌芯啃麓箝T!普樂(lè)斯等離子清洗機(jī)傳遞分享!

返回列表 來(lái)源:材料科學(xué)與工程 瀏覽:375 發(fā)布日期:2021-01-22 13:46【
文章導(dǎo)讀:編輯推薦:本文首次報(bào)道了一種體-錯(cuò)位關(guān)系的實(shí)驗(yàn)證明。該研究為晶體拓?fù)湎嗟难芯看蜷_(kāi)了一扇大門,這是一個(gè)擁有大量未被探索的材料和現(xiàn)象的前沿領(lǐng)域。普樂(lè)斯等離子清洗機(jī)傳遞分享!
大多數(shù)天然和人工材料都具有晶體結(jié)構(gòu),從晶體結(jié)構(gòu)中可以產(chǎn)生豐富的拓?fù)湎?。雖然體-邊對(duì)應(yīng)關(guān)系已被廣泛用于根據(jù)邊緣特性來(lái)確定能帶拓?fù)涞膶?shí)驗(yàn)中,但這不足以辨別各種拓?fù)渚w相。從理論上預(yù)測(cè),普遍存在的晶體缺陷(位錯(cuò))可以提供一個(gè)有效的探索拓?fù)渚w結(jié)構(gòu),但這還沒(méi)有在實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)。普樂(lè)斯等離子清洗機(jī)給大家傳遞分享!
 
近日,來(lái)自南京大學(xué)的蒲殷&蘇州大學(xué)的蔣建華等研究者,報(bào)道了一種體-錯(cuò)位關(guān)系的實(shí)驗(yàn)證明,它表現(xiàn)為分?jǐn)?shù)譜電荷和錯(cuò)位處魯棒的束縛態(tài)。相關(guān)論文以題為“Bulk–disclination correspondence in topological crystalline insulators”發(fā)表在Nature上。

論文鏈接:
https://www.nature.com/articles/s41586-020-03125-3
南京大學(xué),蘇州大學(xué)

對(duì)稱性在物質(zhì)拓?fù)鋺B(tài)的研究中起著關(guān)鍵的作用。最近對(duì)拓?fù)洳牧贤暾夸浰鞯膰L試顯示,固體晶體中的230個(gè)空間群導(dǎo)致了具有非常大分類的大量拓?fù)渚w絕緣體(TCI)。最大的挑戰(zhàn)是如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)識(shí)別晶體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),只考慮體邊對(duì)應(yīng)是不夠的。這主要是因?yàn)榫w的邊界(表面、邊緣等等)具有較低的對(duì)稱性,因此比整體信息更少。例如,在最近發(fā)現(xiàn)的具有分?jǐn)?shù)偶極或四極極化的高階拓?fù)浣^緣子中,其邊緣并不攜帶體電荷模式的全部信息。
 
向錯(cuò)-晶體固體中普遍存在的拓?fù)淙毕?已被預(yù)測(cè)為各種類型晶體拓?fù)涞挠行w探針。一個(gè)主要的拓?fù)溆^測(cè),是由于晶體結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)破壞,而產(chǎn)生的束縛于向錯(cuò)的分?jǐn)?shù)電荷。這樣的分?jǐn)?shù)電荷可以用來(lái)推導(dǎo)出對(duì)稱保護(hù)的體電荷模式,從而作為不同TCIs的獨(dú)特觀察對(duì)象。相比之下,邊緣邊界處的分?jǐn)?shù)電荷和向錯(cuò)只能探測(cè)體極化而不能探測(cè)體電荷模式。
 
在此,研究者報(bào)告了一種體積向錯(cuò)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)演示,它表現(xiàn)為分?jǐn)?shù)光譜電荷和在向錯(cuò)處的魯棒束縛態(tài)。分?jǐn)?shù)向錯(cuò)電荷源于對(duì)稱保護(hù)的體電荷模式,這是許多拓?fù)渚w絕緣子(TCIs)的基本特性。此外,位錯(cuò)處的健壯界態(tài)是TCIs次要的性質(zhì),但可以直接觀察到的性質(zhì)。研究者利用可重構(gòu)光子晶體作為具有高階拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光子TCIs,通過(guò)泵浦探針和近場(chǎng)探測(cè)測(cè)量觀察到這些標(biāo)志性特征。結(jié)果表明,分?jǐn)?shù)電荷態(tài)和定域態(tài)都出現(xiàn)在TCI相中,而在平凡相中消失。
 
光子晶體

圖1 向錯(cuò)作為晶體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的體狀探針


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圖2 光子TCI和向錯(cuò)



光子晶體

圖3 體狀-向錯(cuò)對(duì)應(yīng)

光子晶體

圖4 向錯(cuò)態(tài)的測(cè)量
 
綜上所述,研究者通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了一種拓?fù)洮F(xiàn)象,即體狀-向錯(cuò)對(duì)應(yīng),通過(guò)檢測(cè)分?jǐn)?shù)譜電荷和向錯(cuò)處的定域態(tài)。通過(guò)這些性質(zhì)對(duì)晶體拓?fù)涞膶?shí)驗(yàn)識(shí)別可以直接推廣到電子拓?fù)渚w材料中,其中的向錯(cuò)態(tài)和LDOS可以直接用掃描隧道顯微鏡測(cè)量。此外,固態(tài)材料中普遍存在的向錯(cuò)錯(cuò)也為此類實(shí)驗(yàn)提供了便利。該研究為晶體拓?fù)湎嗟难芯看蜷_(kāi)了一扇大門——這是一個(gè)擁有大量未被探索的材料和現(xiàn)象的前沿領(lǐng)域。
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