【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】具有非平庸晶格結(jié)構(gòu)的二維材料中存在豐富的物理特性，這些特性由于受到對稱性的保護而非常穩(wěn)定。自以石墨烯和硅稀為代表的蜂窩晶格在布里淵區(qū)的K點存在線性色散狄拉克錐特性被發(fā)現(xiàn)以來，眾多類石墨烯蜂窩晶格的二維晶線圖晶格體系由于極有可能是實現(xiàn)拓撲和平帶的良好平臺而引起了凝聚態(tài)物理學(xué)的廣泛研究興趣。這些二維線圖晶格包括如Kagome晶格、Lieb晶格、Checkerboard晶格、Ruby晶格等。迄今為止，Kagome晶格、Lieb晶格、Checkerboard晶格等都已有一些實驗上實現(xiàn)的報道，但二維Ruby晶格能否在實驗上實現(xiàn)還不明確。Ruby晶格能帶結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為兩個特征：在K點處的兩個狄拉克錐和在動量空間中沿著M-Г線的兩個平帶。這些平帶來自晶格中布洛赫波函數(shù)的幾何阻銼，在未來的自旋電子學(xué)和量子器件中具有潛在的應(yīng)用。
 

　　中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心吳克輝團隊和合作者利用分子束外延技術(shù)在Au(111)表面合成了單層的CuCl1+x納米結(jié)構(gòu)，結(jié)合掃描隧道顯微鏡(STM)及其能譜(STS)技術(shù)、X射線光電子能譜(XPS)對其進行了深入研究，并利用第一性原理計算(DFT)，證明了該CuCl1+x 單層納米結(jié)構(gòu)是一個理想的二維Ruby晶格體系。研究表明，CuCl1+x在Au(111)表面形成了一種Cu6Cl8的配位結(jié)構(gòu)，其中Cu原子的排列方式完全符合Ruby晶格結(jié)構(gòu)。STS譜和DFT計算揭示了Cu6Cl8 Ruby晶格位于未占據(jù)態(tài)3.6eV處的Ruby晶格平帶特征峰，以及位于3.7eV處的邊界態(tài)特征。
 

　　該工作首次在一個實際材料體系中實現(xiàn)了二維Ruby原子晶格的構(gòu)建，觀察到了Ruby晶格相關(guān)的能帶特征峰和邊緣電子態(tài)。為進一步研究Ruby晶格中有趣的電子結(jié)構(gòu)和豐富的物理現(xiàn)象提供了良好的平臺。
 

　　本工作受到了科技部、國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院的資助。中國科學(xué)院物理研究所和松山湖材料實驗室聯(lián)合培養(yǎng)的博士生劉子嘉同學(xué)、浙江大學(xué)博士生陶圣旦同學(xué)為該論文共同第一作者。吳克輝研究員、陸赟豪教授和何小月研究員級工程師為該論文共同通訊作者。相關(guān)研究結(jié)果以“Realization of Material with an Atomic Ruby Lattice”為題發(fā)表在Nano Lett. 24, 11075−11081 (2024) (DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c03236)。
 

　　圖(a)Ruby晶格模型及其特征能帶結(jié)構(gòu)。(b)Au(111)表面形成的單層CuCl1+x納米結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為Ruby晶格。(c-d)Ruby晶格的邊緣態(tài)。