記者8日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校物理系中國科學(xué)院強(qiáng)耦合量子材料物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曾長淦教授等與國內(nèi)外同行合作，利用精心設(shè)計(jì)的人工籠目超晶格勢場，成功實(shí)現(xiàn)了石墨烯中不同色散類型能帶的選擇性調(diào)控。相關(guān)研究結(jié)果于6日發(fā)表在美國《物理評論快報》上，文章入選編輯推薦，并被美國物理學(xué)會旗下在線新聞網(wǎng)站“物理”選為精選報道。
能帶結(jié)構(gòu)是決定固體材料電子特性的基礎(chǔ)，如何實(shí)現(xiàn)能帶結(jié)構(gòu)的按需設(shè)計(jì)與調(diào)控，一直是凝聚態(tài)領(lǐng)域不懈追求的目標(biāo)。二維材料具有靈活的柵壓可調(diào)性以及易于構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)的屬性。利用微納加工方式對二維材料施加周期型柵壓，可以構(gòu)筑人工電子超晶格，從而實(shí)現(xiàn)類似于摩爾勢場的能帶調(diào)控作用。而且，相較于摩爾超晶格，人工電子超晶格的晶格圖案、對稱性以及勢場強(qiáng)度均具有更靈活的可調(diào)性，這為實(shí)現(xiàn)新型能帶調(diào)控及物態(tài)設(shè)計(jì)提供了一個新的、更具可控性的研究平臺。
此次，研究人員精心設(shè)計(jì)了一種具有籠目晶格形式的人工電子超晶格。實(shí)驗(yàn)及理論研究表明，在人工籠目勢場作用下，石墨烯能帶中出現(xiàn)了線性色散能帶和無色散平帶等不同類型的能帶分量。平帶分量的電子態(tài)局域在超晶格格點(diǎn)處，而線性色散能帶分量的電子態(tài)更加彌散，因此平帶分量更容易被人工超晶格結(jié)構(gòu)中的局域柵壓調(diào)控。當(dāng)增強(qiáng)人工勢場強(qiáng)度時，平帶分量的移動速度明顯高于線性色散能帶分量，從而導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)上觀測到的本征狄拉克能帶的抑制以及衛(wèi)星狄拉克能帶的增強(qiáng)。另一方面，在垂直磁場的作用下，由于磁場勢與超晶格勢的競爭，本征狄拉克能帶重新占據(jù)主導(dǎo)作用。
研究人員表示，該研究成果提供了一種全新的原位能帶調(diào)控手段，并深入理解了人工超晶格勢場作用下能帶演化的動力學(xué)過程。新聞網(wǎng)站“物理”精選報道中，評價該工作“為能帶結(jié)構(gòu)的按需設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)”。（記者吳長鋒）