物质学院陈宇林课题组发表量子材料光电子能谱综述

时间:2018-09-11浏览:13设置

我校物质学院特聘教授陈宇林受邀与杨海峰博士、梁爱基博士等合作撰写量子材料光电子能谱综述。近日,相关研究以“Visualizing electronic structures of quantum materials by angle-resolved photoemission spectroscopy”为题,在国际知名综述期刊《自然评论:材料》(Nature Reviews Materials,影响因子:51.941)上发表。

拓扑量子材料是近期凝聚态物理方向的重要研究方向,自2005年理论物理学家预测量子自旋霍尔效应以来,该领域得到了快速发展。近十年来关于三维拓扑绝缘体、狄拉克费米子、外尔费米子、拓扑超导体、马约拉纳费米子等的成果不断涌现,高能物理尚未观测到的未知粒子在凝聚态物理领域得到证实。而角分辨光电子能谱技术(ARPES)是表征量子材料物理性质最直接的、最重要工具之一。其作为核心表征工具在这些新型费米子的确认实验中起到了关键作用,并能给出最直观的物理解释。

与此同时,二维过渡金属硫化物也是近期的研究热点。二维材料在新型电子器件、自旋电子器件等领域起到重要作用。其中直接带隙、超导电性、电荷密度波、量子自旋霍尔效应等现象在二维材料中相继被发现。机械剥离技术为薄层二维材料的逐层研究提供了可能,ARPES特别是空间分辨ARPES为各种新型奇异物理性质的发现提供了重要工具。

本综述围绕角分辨光电子能谱技术(ARPES)这一主题,首先介绍了ARPES的原理及应用,接着论述了利用该技术在拓扑量子材料和过渡金属硫化物两个重要领域取得的最新进展,并重点诠释了量子材料电子能带结构与各种奇异物理性质的关联。最后,文章展望了该技术未来的发展以及可能对量子材料的表征带来的前所未有的发展机遇。

上科大陈宇林课题组近年来在量子拓扑材料和二维材料领域开展了系统的研究,并取得了多项重要成果,特别是在三维拓扑绝缘体、狄拉克费米子、外尔费米子、二维材料等领域做出了突出贡献。与此同时,上海科技大学与相关院校积极参加大型光子科学平台的建设,快速增强了上海光源等大型科学装置上ARPES等先进材料表征能力。这些表征能力的提升进一步加强了我校在量子材料物理方面的研究能力。该综述论文涵盖了该课题组近年来的亮点工作以及国际上相关单位在该领域的重要研究成果。陈宇林课题组博士后杨海峰为第一作者,陈宇林教授为通讯作者,上科大为第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金、上海市科委及上科大启动经费、博士后基金等的大力支持。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41578-018-0047-2

图一:a.角分辨光电能谱(ARPES)基本原理 b. ARPES测得的二维电子气能带结构数据(模拟)c.ARPES实际装置示意图


图二:利用ARPES技术探测到的量子材料能带结构。a. 拓扑绝缘体(Bi2Te3) b. 狄拉克费米子(Na3Bi)c. 外尔费米子(TaAs) d.过渡金属硫化物(MoS2


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