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                                          張遠波課題組合作研究發現三層石墨烯內的可調莫特絕緣態
                                          發佈時間: 2019-02-02     文章作者:     訪問次數: 901

                                          2004年石墨烯被發現之後aaa,就因其優良的電學、力學等性質備受關注aaaa。石墨烯電子運動速度快aaaa,電子有效質量小aaaa,電子間的相互作用也小aaa,因此導電性能佳aaaa,在柔性電子器件等新型器件的構建中可能有廣闊的應用前景aaa。但是如果有人說aaa,導電性質優良的石墨烯也能變成絕緣體aaaa,將會產生什麼樣顛覆性的影響aaaa?

                                          近日aaaa,我係張遠波課題組與美國加州大學伯克利分校王楓教授課題組合作研究發現三層石墨烯內的可調莫特絕緣體aaaaa,通過實驗證明了石墨烯可以通過調控aaaaa,實現從導體到莫特絕緣體的轉變aaaa,從而將石墨烯引入了強關聯AG平台研究領域aaaa,爲下一步研究石墨烯中的超導提供了基礎aaa。相關研究於121日以《三層石墨烯摩爾超晶格中的可調莫特絕緣體的證據》(Evidence of a gate-tunable Mott insulator in a trilayer graphene moiré superlattice)發表於國際期刊《自然·AG平台》(Nature Physics)雜誌aaa。

                                          材料的導電性一般是由“能帶理論”所解釋的aaaa。當電子填充到能帶的中間aaa,材料就是導體aaa;如果填充到能帶與能帶之間的帶隙aaaaa,材料就是絕緣體aaa。而原子在晶體中按照一定的規律排列起來的週期格點叫做晶格aaaa,晶格在很大程度上就決定了晶體的能帶aaa。

                                          據論文第一作者、加州大學伯克利分校博士後陳國瑞介紹aaaaa,當電子剛好填充到能帶的一半時aaa,相對應的aaaa,每一個晶格單元剛好有一個電子aaaa。如果電子間的作用很強aaa,每一個電子都與其他電子關聯起來aaaaa;一個電子的運動會強烈收到其它電子的約束aaaaa。換而言之aaa,材料裏的導電電子之間的庫倫相互作用大於電子的動能aaaa,這會使得電子的運動變得困難aaaaa,這種電子的強關聯作用aaaa,會使得材料變成莫特絕緣體aaaa。莫特絕緣體是強關聯AG平台裏的一個核心概念aaaaa,由它引發的特殊磁性和非常規超導等現象備受關注aaa。

                                          課題組從理論上預計aaa,通過調節石墨烯的晶格常數和電子間的相互作用aaa,就有可能實現石墨烯從金屬到莫特絕緣體的連續變化aaaaa。爲了實現上述構想aaaa,研究人員採用了三層石墨烯aaaaa,因爲三層石墨烯能帶的底部很平aaaaa,意味着電子有很大的有效質量aaaaa。同時他們利用三層石墨烯與氮化硼之間形成的摩爾超晶格aaaa,使得晶格常數變大aaaa;最後aaa,通過兩個門電壓來原位調控體系中的電子相互作用的強度aaaaa,使電子的有效質量變得更大aaa。通過上述手段aaa,使石墨烯實現了從金屬態導體到莫特絕緣體的連續變化aaa。

                                          該項研究與MITPablo Jarillo-Herrero實驗室在“魔角”雙層石墨烯中發現莫特絕緣態有異曲同工之妙aaaaa。而且該項研究還實現了能帶可調的莫特絕緣體aaaaa,這也是國際上首次在二維材料裏面實現能帶可調的莫特絕緣體aaaa。石墨烯的組成元素只有碳aaaa,結構也相對簡單aaaa,便於研究人員後續建立相關理論模型aaaaa,將爲理解強關聯AG平台以及非常規超導提供一個極具價值的研究體系aaaa,也拓展了二維摩爾超晶格的強關聯AG平台這一全新的方向aaaa。

                                          上海交通大學史志文教授課題組、韓國首爾大學的Jeil Jung教授課題組以及日本材料所的Taniguchi課題組參與了該項合作研究aaa。



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