Bilim adamları, sililendeki periyodik potansiyelin neden olduğu Dirac koni bölünmesini keşfetti
Grafen gibi IV. Grup elementlerden oluşan bal peteği malzemeler, birçok özel fiziksel özelliğe sahiptir.Bu tuhaf özelliklerin kökü, fermi yüzeyine yakın elektronların kütlesiz Dirac fermiyonları gibi davranmasıdır. Enerji bandı bakış açısından, bu malzemelerin Brillouin bölgesindeki K noktasındaki enerji bandı Dirac konisidir. Dirac fermiyonlarının fiziksel özelliklerinin ayarlanması, yeni kuantum cihazlarının gerçekleştirilmesi için büyük önem taşıyor. Örneğin, periyodik potansiyelin uygulanması, Dirac fermiyonlarının fermi hızının yeniden biçimlenmesini gerçekleştirebilir, Dirac konisini kopyalayabilir veya Dirac noktasındaki enerji boşluğunu açabilir, böylece insanlar onun taşıma özelliklerini kontrol edebilir. Üç boyutlu Dirac yarı metalinde, uzayın tersine çevrilmesinin simetrisinin veya zamanın tersine çevrilmesinin simetrisinin kırılmasının Dirac konisini iki Weyl konisine bölerek kiral anomaliler gibi birçok yeni fiziksel özelliğe yol açacağını belirtmek gerekir. , Süper manyetik direnç vb. Bununla birlikte, iki boyutlu malzemelerde, Dirac konilerinin momentumda bölünebileceğine dair deneysel bir kanıt yoktur.
Kısa süre önce, Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü / Pekin Ulusal Yoğun Madde Fiziği Araştırma Merkezi, Yüzey Fiziği Eyalet Anahtar Laboratuvarı SF9 grubunun seçkin araştırmacı Feng Baojie, araştırmacı Chen Lan ve Wu Kehui, doktora ile işbirliği yaptı. Teorik hesaplamalarla birleştirilen fotoelektron spektroskopisi (ARPES), substratın uzun menzilli periyodik potansiyelinin neden olduğu tek bir silisen tabakasının Dirac konisinin bölüneceğini buldu.
Yeni bir kuantum malzemesi türü olan sililen, kuantum spin Hall etkisi gibi grafenden üstün birçok özelliğe sahiptir, bu nedenle sililen, grafenin ortaya çıkmasından sonra yaygın bir ilgi görmüştür. Aslında, 2016'da SF9 grubu, SC7 grubu araştırmacısı Zhou Xingjiang ile işbirliği yaptı ve çiftler halinde görünen dirak konileri keşfettiler (PNAS 113, 14656 (2016)). Bu temelde, bu Dirac konilerinin kökeni hakkında derinlemesine araştırma yaptılar. Silisenin elektronik yapısını ayrıntılı olarak incelemek için senkrotron radyasyon ışık kaynağının ARPES'ini kullandılar: doğrusal dikroik etkiyi kullanarak, Dirac konilerinin yalnızca p-polarize ışık tarafından görülebildiğini buldular.ARPES'teki matris element etkisi ile birleştirildiğinde, bu Dirac konileri değerlendirilebilir. Esas olarak, bu Dirac konilerinin sililenin kendisinden geldiğini deneysel olarak kanıtlayan silikonun pz yörüngesinden gelir. İlk prensipleri ve sıkı bağlama modellerini kullanarak, silene ve substrat tarafından oluşturulan 4 × 4 üst yapının, Dirac konisinin bölünmesine neden olacak periyodik bir potansiyel alan oluşturacağını buldular.
Bir yandan bu çalışma, Dirac konilerinin fiziksel özelliklerini kontrol etmek için önemli bir araç sağlarken, diğer yandan silisendeki Dirac konilerinin substrattan zarar görüp görmediği konusundaki uzun süredir devam eden tartışmaları açıklığa kavuşturuyor. Bu sonuç, "Phys. Rev. Lett. 122, 196801 (2019)) 'de yayınlandı. Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı ve Çin Bilimler Akademisi B Sınıfı pilot projesi tarafından finanse edildi.
Şekil 1: Sililenin atomik yapısı ve çiftler halinde görünen Dirac konileri
Şekil 2: Doğrusal dikroizm ARPES'in şematik diyagramı ve ölçüm sonuçları
Şekil 3: Sıkı bağlama modeli ve DFT hesaplama sonuçları
Kaynak: Fizik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, aşağıdakileri yapmanız gerekir: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
