探索關聯層狀化合物中的新型超薄材料

《探索關聯層狀化合物中的新型超薄材料》是依託北京大學，由張焱擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：探索關聯層狀化合物中的新型超薄材料
• 依託單位：北京大學
• 項目負責人：張焱
• 項目類別：面上項目

項目摘要

新型功能材料的發現，對社會的進步起重要推進作用。超薄材料是指厚度僅有幾個原子層甚至單個原子層的低維系統，是尋找新型功能材料的一個重要方向。我們將以二元和三元層狀關聯材料為基礎，利用薄膜生長和製備技術，探索和製備新型的超薄材料，尋找新的奇異關聯電子態。同時，通過結合角分辨光電子能譜實驗技術，來表征關聯超薄材料中的電子態，並理解其形成機理。最後，通過襯底選擇和設計超薄薄膜異質結構，有目的性地來調控並改善關聯超薄材料的物理性質。我們的研究，不僅可以加深我們對於電子關聯性、材料尺度、界面效應這些基本物理問題的理解，同時，對新型功能材料的探索和套用提供重要的實驗基礎。

結題摘要

探索新功能材料是推動凝聚態物理研究的重要驅動力。其中超薄二維材料是一個重要的研究方向。超薄二維材料是指厚度僅為幾個原子層甚至當個原子層的低維材料。一方面，超薄二維材料可以做成柔性或是超微型電子原件，在套用上具有很大的前景。另一方面，超薄二維材料具有豐富的物相，其中包括電荷密度波、超導、Mott絕緣體、拓撲絕緣體等。因為二維材料結構簡單，可調控性強的特點，研究超薄二維材料可以幫助我們理解許多凝聚態物理中關鍵的物理問題。在本項目的支持下， 我們自主設計並搭建了分子束外延薄膜生長設備和注重原位調控的角分辨光電子能譜系統。整個系統不僅在各項指標上達到了國際先進水平，同時極大提高了我們對超薄二維材料調控和探測的自由度。利用這一系統，我們在超薄二維材料的研究中取得了多個研究成果。首先，我們對鐵基高溫超導材料進行了研究。單層FeSe薄膜具有很高的超導轉變溫度，其中超導和向列序機制都還存在爭議。我們對FeSe材料進行了原位摻雜和加壓的調控，並測量了其電子結構的回響。我們的結果揭示了超導和向列序形成的背後機理。同時，我們對Sr1-xNaxFe2As2超導材料中的C4磁有序相的形成機理進行了研究，發現C4磁有序相和超導具有很緊密的聯繫。另一方面，我們對多個過渡金屬二硫族化合物體系進行了研究。這一類體系是目前研究最為廣泛的超薄二維材料體系。我們研究了1T-TaS2中的金屬絕緣體相變，我們發現其相變機制不能簡單的用Mott相變或是皮爾斯相變來解釋。需要同時考慮電子關聯和電子層間躍遷。我們研究了2H-MoTe2中的表面摻雜效應。通過表面摻雜，我們人為構造了一層超薄的二維電子氣。我們發現其具有較強的電聲子相互作用和可能的電荷密度波相。另外當摻雜濃度高的時候，我們發現體系經歷了結構相變，從2H結構轉到了1T結構。我們研究了1T結構的電子結構，發現其與理論預言的能帶結構存在著較大的出入。我們的實驗對於理解超薄二維材料中電聲子相互作用、電子關聯性、金屬半導體界面等問題提供了重要的研究線索。