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通过耦合的零赝朗道能级在石墨烯中实现一维电子态
发布时间:2022-07-31     浏览次数:

       石墨体系中应变诱导的磁场可以模拟真实磁场,在零磁场下产生类似真实磁场下的朗道量子化,形成的朗道能级称朗道能级。通过调控石墨烯的应变结构,磁场大小可以达到数百特斯拉,石墨烯的电特性调控提供了一种非常有效的方法 更有趣的是,磁场具有很多真实磁场不具备的特点,因此我们基于磁场能实现真实磁场无法实现的量子态。在最近的工作中,何林教授课题组与合作者证明可以利用朗道能级作为结构单元构建新奇量子物态[1]

实验上,何林教授课题组通过刻蚀技术得到悬浮的、纳米尺度的单层石墨一维沟道,如图1(a-e) 所示测量发现这些纳米尺度一维悬浮石墨烯形成交替的准周期应变结构,如1(g)通过扫描隧道谱测量,他们在褶皱形变较大位置测量到了应变诱导的贋朗道能级态,并发现相邻应变结构的朗道能级之间发生了相互耦合使能谱发生展宽及劈裂,如图1(i)所示进一步,他们通过扫描隧道显微镜对这些耦合的朗道能级进行了实空间直接观测,探测到了蜿蜒前行的一维蛇形图案,如图1(j)左图所示相关结果也得到了理论支持,理论合作者通过紧束缚计算方法重现了耦合的朗道能级能谱特征以及态密度实空间结果,如图1(j)右图所示。 这一工作展示了利用朗道能级作为结构单元来构建新奇量子物态的可能性通过严格控制应变结构的位置,科学家们有望基于这一全新方法石墨烯中实现Su-Schrieffer-Heeger模型描述的多种量子物Lieb 晶格和Kagome晶格

相关成果近日以Realizing One-dimensional Electronic States in Graphene via Coupled Zeroth Pseudo-Landau Levels 为题刊发在《Physical Review Letters》上[1]。何林教授课题组刘亦文博士为第一作者,武汉大学的詹真博士为该工作提供了理论计算,为文章的共同第一作者,武汉大学的袁声军教授和北京师范大学的何林教授为本文通讯作者。

这项工作得到了国家自然科学基金委、国家重点研发计划、以及北京师范大学和武汉大学的经费支持。本工作在武汉大学超级计算中心的超级计算系统上进行了数值计算。

1| (a,b)利用金属颗粒在多层石墨烯上刻蚀的两种一维示意图。(c,e)实验获得的两种纳米尺度一维结构。(d,f)两种一维结构对应的边界原子分辨图其傅里叶变换结果。(g)在具有单层悬浮石墨一维沟道上观察到了周期应变结构;h图展示一维周期应变结构的三维图像。(i)不同位置的扫描隧道谱,展示在应变结构中形成了朗道能级零朗道能级的劈裂及展宽是距离较近应变结构朗道能级之间强耦合的结果(j)实验测量()及理论计算()得到零朗道能级电子态一维沟道结构中的实空间分布,其能量在图中右上角标注。可以清晰看到零赝朗道能级对应的能量,由于电子态耦合出现了清晰的一维蛇形电子态分布。

[1] Y.-W. Liu, Z. Zhan, Z. Wu, C. Yan, S. Yuan*, L. He*, “Realizing one-dimensional states in graphene via periodically coupled zeroth pseudo-Landau levels”. Phys. Rev. Lett. Vol: 129, 056803 (2022).

URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.129.056803

DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.056803