通过拓扑设计打破聚酰亚胺链的佩尔尔定理
介观与纳米尺度物理
2025-08-05 v1
摘要
佩尔尔定理认为，一维金属链必须通过晶格变形发生金属-绝缘体相转变，导致链内键长交替(Bond Length Alternation, BLA)。该定理的有效性在实际中得到了多次验证，见于低维原子晶格和电子晶体中金属相的缺失，包括共轭聚合物、人工一维量子纳米线以及各向异性无机晶体。克服这一转变可实现长期以来的有机量子相，包括一维合成有机金属乃至高温有机超导体。本文演示，通过对经典邻位异构聚酰亚胺链连接至开壳纳米石墠终端的晶格拓扑工程，可全局抑制佩尔尔相变。合适的拓扑连接使终端的零能模(Zero-Energy Modes, ZMs)与有限奇仙掌聚酰亚胺链(OPA)之间的有效相互作用，创造出一种由拓扑决定的最高占据分子轨道(HOMO)，补偿键密度变化，从而抑制BLA并重建其准一维金属特性。此外，还导致一种非传统脊隶态的形成，在整个链上具有非衰减的谱密度，区别于聚酰亚胺中观察到的脊隶。我们的发现为克服材料不稳定性并创建具有非传统量子相的合成有机量子材料奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2508.02365,
title = {Breaking Peierls theorem in polyacetylene chains via topological design},
author = {Xinnan Peng and Marco Lozano and Jie Su and Lulu Wang and Diego Soler-Polo and Thomas Tuloup and Junting Wang and Shaotang Song and Ming Wah Wong and Jiangbin Gong and Junzhi Liu and Franz J Giessibl and Pavel Jelínek and Jiong Lu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.02365},
year = {2025}
}
备注
38 pages, 15 figures