石墨烯纳米带的拓扑能带工程
介观与纳米尺度物理
2019-11-05 v1 材料科学
摘要
拓扑绝缘体（TIs）是一类新兴材料，其体相保持绝缘的同时拥有高度鲁棒的带隙内表面/界面态。尽管该领域最显著的科学进展集中于二维与三维的TIs及相关的拓扑晶体绝缘体，但更近期的理论工作预言了石墨烯纳米带（GNRs）中一维对称保护拓扑相的存在。这些横向受限的半导体化石墨烯条的拓扑相由其宽度、边缘形状及末端元胞决定，并以 Z2 不变量（类似于一维孤子体系）表征。预言称，由不同 Z2 表征的拓扑相异GNRs之间的界面支持半填充的带隙内局域电子态，原则上可用作材料工程的工具。在此我们呈现了拓扑工程化GNR超晶格的理性设计与实验实现，其拥有一维此类态阵列，从而生成原本无法获得的电子结构。该策略还使得新的端态能够被直接工程化植入一维GNR超晶格的末端。原子级精确的拓扑GNR超晶格在超高真空（UHV）条件下于 Au(111) 表面由分子前驱体合成，并通过低温扫描隧道显微镜（STM）与谱学（STS）表征。我们的实验结果与第一性原理计算揭示，这些GNR超晶格的前线能带结构纯粹由相邻拓扑界面态间的耦合定义。这一一维拓扑相的新颖呈现，为基于对其电子拓扑的精确控制在一维材料中实现能带工程提供了全新路径，并是未来一维量子自旋物理研究的 promising 平台。
引用
@article{arxiv.1805.06470,
title = {Topological Band Engineering of Graphene Nanoribbons},
author = {Daniel J. Rizzo and Gregory Veber and Ting Cao and Christopher Bronner and Ting Chen and Fangzhou Zhao and Henry Rodriguez and Steven G. Louie Michael F. Crommie and Felix R. Fischer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1805.06470},
year = {2019}
}
备注
Contains main manuscript and supplemental information