科學(xué)家創(chuàng)造了原子尺度的二維電子kagome晶格

臥龍崗大學(xué)(UOW)的科學(xué)家與中國北京航空航天大學(xué)，南開大學(xué)和中國科學(xué)院物理研究所的同事合作，成功地創(chuàng)造了一種原子尺度的二維電子kagome晶格，在電子和電子領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。量子計(jì)算。

kagome 格子以傳統(tǒng)的日本編織竹子圖案命名，由交錯(cuò)的三角形和六邊形組成。

研究小組通過分層和扭曲兩片硅質(zhì)納米片來創(chuàng)造了kagome格子。Silicene是一種硅基，單原子厚的Dirac費(fèi)米子材料，具有六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，電子可以接近光速加速。

然而，當(dāng)硅氧烷被扭曲成kagome晶格時(shí)，電子變得“被捕獲”，在晶格的六邊形中盤旋。

在該論文的通訊作者，在UOW的超導(dǎo)和電子材料研究所(ISEM)和北航 - UOW聯(lián)合研究中心領(lǐng)導(dǎo)掃描隧道顯微鏡(STM)小組的Yi Du博士。

他說科學(xué)家長期以來一直對(duì)制作二維kagome晶格感興趣，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)具有有用的理論電子特性。

“理論家很久以前曾預(yù)言，如果你將電子放入電子kagome晶格中，破壞性干擾意味著電子而不是流過的電子會(huì)在渦旋中轉(zhuǎn)向并被鎖定在晶格中。這相當(dāng)于某些人失去了他們走進(jìn)迷宮，永不出門，“杜醫(yī)生說。

“有趣的一點(diǎn)是，只有當(dāng)晶格被破壞時(shí)，電子才會(huì)自由，當(dāng)你形成邊緣時(shí)。當(dāng)邊緣形成時(shí)，電子將隨之移動(dòng)而沒有任何電阻 - 它具有非常低的電阻，因此能量非常低電子可以以光速快速移動(dòng)，這對(duì)于設(shè)計(jì)和開發(fā)低能耗設(shè)備非常重要。

“同時(shí)，由于具有強(qiáng)烈的所謂自旋 - 軌道耦合效應(yīng)，預(yù)計(jì)會(huì)在室溫下發(fā)生新的量子現(xiàn)象，如摩擦量子霍爾效應(yīng)。這將為未來的量子器件鋪平道路。”

雖然電子kagome晶格的理論特性使其對(duì)科學(xué)家非常感興趣，但創(chuàng)造這樣的材料已經(jīng)證明是極具挑戰(zhàn)性的。

“為了使它按預(yù)期工作，你必須確保晶格是恒定的，并且晶格的長度與電子的波長相當(dāng)，這決定了很多材料，”杜博士說。

“它必須是一種電子只能在表面上移動(dòng)的材料。而且你必須找到一些具有導(dǎo)電性的東西，并且還具有非常強(qiáng)的自旋 - 軌道耦合效應(yīng)。

“世界上沒有太多具有這些特性的元素。”

其中一個(gè)元素是硅烯。杜博士和他的同事們通過將兩層硅質(zhì)加在一起來制造他們的二維電子kagome格子。在21.8度的旋轉(zhuǎn)角度下，它們形成了kagome晶格。

當(dāng)研究人員將電子放入其中時(shí)，它表現(xiàn)得像預(yù)測的那樣。

杜博士說：“我們觀察到了在我們?nèi)嗽斓膋agome格子中的理論預(yù)測的所有量子現(xiàn)象。”

這一突破的預(yù)期好處將是更節(jié)能的電子設(shè)備和更快，更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)。

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