近日,南京大学物理学院、固体微结构物理国家重点实验室、南京微结构科学与技术协同创新中心的李绍春教授与李建新教授、于顺利副教授合作,首次在1T-TaS2表面实现了伴随着长程有序电荷密度波(charge density wave, CDW)的金属态,相关成果以“Realization of a Metallic State in 1T-TaS2 with Persisting Long-range Order of Charge Density Wave”为题,于 2019年11月13日发表在《Physical Review Letters》(Phys. Rev. Lett. 123, 206405)。南京大学物理学院博士研究生朱心阳和汪士为论文的共同第一作者,李绍春教授、李建新教授和于顺利副教授为论文的共同通讯作者。南京大学温锦生教授提供了1T-TaS2单晶样品。
作为铜氧化物高温超导体的母体电子结构,Mott绝缘体物理一直被凝聚态物理领域广泛关注和研究。在Mott绝缘体中,库仑排斥能U、单电子带宽W和能带填充数n的共同作用导致了Mott绝缘体-金属相变。1T-TaS2 是一类独特的过渡金属硫族化合物,在低温下发生电荷密度波相变而形成公度的大卫星(David star)结构,从而在费米能附近形成一条窄能带。发生CDW相变后,中等的库仑排斥能U就可以使1T-TaS2打开一个Mott能隙,形成Mott绝缘体。因此,1T-TaS2具有电荷密度波和Mott绝缘相交织在一起的基态。最近的理论工作还表明在该体系中可能存在量子自旋液体态。掺杂可以使Mott绝缘体的Mott能隙坍塌,实现金属化,甚至还会发生超导相变。然而,在1T-TaS2中Mott绝缘体-金属转变的本质非常难以捉摸,主要原因是由于Mott绝缘体与CDW态之间存在着复杂的关联,甚至对于金属化过程中Mott能隙的坍塌过程还不清楚。长期以来,人们普遍认为1T-TaS2的金属化总是伴随着CDW长程序的破坏发生的,也就是金属相应该出现在CDW态的畴界处。
研究人员通过表面蒸镀碱金属的方法对1T-TaS2的表面进行了电子掺杂,并利用高分辨扫描显微镜的谱学技术直接表征了从Mott绝缘体到金属转变过程中电子态的演化。出乎意料的是,在金属化过程中,长程有序的CDW始终保持不变,没有被破坏。这种Mott绝缘体的金属化与以往报道的需要破坏CDW长程序的金属化过程不同。研究中还发现,表面碱金属掺杂造成了上下Hubbard能带的谱权重转移,同时在Mott能隙中出现附加的激发态。随着掺杂量的增加,附加激发态的填充最终导致系统的金属化转变。特别需要强调的是,Mott能隙内的附加激发态位于下Hubbard带附近,这与电子掺杂的常规Mott绝缘体行为(附加激发态应该位于上Hubbard带附近)完全相反。研究人员认为,由于吸附在大卫星中心的K+离子带有正电荷,它会减小吸附了K+离子的大卫星上的有效库仑排斥能U。考虑到这个效应,他们在理论上提出了位置相关的Hubbard模型,基于该模型的数值计算所得到的局域态密度与实验结果吻合,从而对附加激发态出现在下Hubbard带附近给出了理论解释。而且,这种理论模型并未调节任何与CDW有关的参数,没有破坏表面CDW的长程有序。
这项工作为实现1T-TaS2中Mott绝缘体-金属转变提供了一个新的途径,并且不需要破坏CDW的长程序。从根本上说,CDW的长程序和Mott绝缘体金属化之间可能并不存在竞争关系,修正了过去对二者之间关联性的认识。
该研究获得了固体微结构物理国家重点实验室、南京微结构科学与技术协同创新中心、国家自然科学基金,科技部重点研发计划的经费资助。
论文链接:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.123.206405
图 1: (a) 在不同K原子覆盖度的1T-TaS2表面获得的dI/dV谱;(b) 1T-TaS2谱中的三种能隙;(c) 三种能隙的大小随K原子覆盖度增加的演化过程
图 2: (a) 低覆盖度下1T-TaS2表面K原子的吸附位置;(b) 高覆盖度下(金属化表面)K原子的吸附位置;(c) 从(b)中的白色正方形区域提取的K原子吸附位置;(d) STM图像(b)的傅立叶变换。
图 3: (a) 常规的电子掺杂Mott绝缘体的Hubbard模型;(b) 集团微扰理论计算的局域态密度,蓝色虚线表示半填充未掺杂的系统,掺杂以后覆盖K+离子和未覆盖K+离子的谱线分别用红色虚线和黑色实线表示,箭头标注了附加激发态的位置
(物理学院 科学技术处)
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
物理学院李绍春课题组与李建新、于顺利课题组合作在1T-TaS2的Mott绝缘体-金属转变研究中取得重要进展
本站小编 Free考研考试/2021-02-15
相关话题/金属 电子
《Joule》刊登吴兴龙教授团队“电致应力诱导双金属Janus纳米片高效电催化产氢”方面的最新研究成果
最近,南京大学物理学院吴兴龙教授课题组在电致应力诱导双金属Janus纳米片发生结构扭曲实现高效电催化产氢研究方面取得重要进展,最新研究成果以“ElectricStraininDualMetalJanusNanosheetsInducesStructuralPhaseTransitionforEffi ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15陈浩课题组在《美国科学院院报》上报道细菌体内精准识别重金属镉离子的一种新机制
金属离子在所有生命体系中都发挥着其他化学物质所不能替代的重要作用。它们中有些作为生物大分子的信号因子和辅助催化因子,有些是生物大分子的重要结构组成部分,参与生命体系中的各种氧化还原反应、水解反应、重排反应和电子转移反应等。研究揭示,只有适宜浓度的金属离子才能保证生命体系的正常生理活动。因此,生物体还 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15孟祥康教授课题组在碳纳米管金属复合材料研究方面取得进展
随着电子器件的小型化、智能化和使用环境的复杂化,普通的金属导体材料已经不能满足电子器件的发展需求,研究和开发下一代导体材料成为研究人员的目标之一。碳纳米管因为具有良好的导电性、耐蚀性、低密度和机械强度,是最具潜力的下一代导体材料。但是,由于碳纳米管之间弱的范德华力和明显电子、声子散射,当碳纳米管组成 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15胡广伟教授课题组成果《政府电子服务能力指数报告(2019)》英文版发布
首届中欧智库学术研讨会(AgendaofFirstSino-EuroThinkTankSymposium)于当地时间7月17日在英国曼彻斯特举行。研讨会由中欧智库交流协会(SETTCA)主办,英国智库(CLES)承办,中国驻曼彻斯特领事吕小梅(XiaomeiLv)女士、CLES智库总监NeilMcl ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15缪峰教授合作团队在二维半导体电子器件领域取得最新进展
半导体材料的场效应特性是其电子器件应用的核心。二维半导体材料因为具有原子尺寸,可以克服短沟道效应和实现高性能场效应晶体管,有望成为后摩尔时代一类重要的基础电子材料。最近发现的半导体型过渡金属硫族化合物二硒化钯(PdSe2)具有较高的室温载流子迁移率和良好的稳定性,有望用于发展未来的电子器件应用。基于 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15国际权威期刊《JPCL》报道电子科学与工程学院本科生裴梦皎关于超低能耗、低压有机铁电存储器件的研究成果
近期,以电子科学与工程学院2015级本科生裴梦皎与2016级博士生钱君为共同第一作者,李昀教授与王启晶博士为共同通讯作者的论文“pJ-LevelEnergy-Consuming,Low-VoltageFerroelectricOrganicField-EffectTransistorMemories ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15现代工程与应用科学学院张会刚课题组在《自然-通讯》发表梯度设计调控金属锂沉积论文
我校现代工程与应用科学学院张会刚教授课题组在金属锂负极方面取得重要进展,论文题目为《Conductivityandlithiophilicitygradientsguidelithiumdepositiontomitigateshortcircuits》发表在NatureCommunications ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15徐永兵、何亮、张荣教授研究团队在拓扑自旋电子学研究中取得突破进展
最近发现的拓扑相为自旋电子学和凝聚态物质提供了新的可能性:即使物质的绝缘状态在某些物理系统的边缘也表现出导电性。它们会产生异常的量子霍尔效应和其他相干自旋传输现象,其中散热最小化,因此可用于量子计算(量子霍尔效应)、存储芯片(SOT-MRAM)等新一代电子信息技术。其体态绝缘而表面导电的奇异性能主要 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15盛利和邢定钰课题组建立外尔半金属负磁电阻的新理论
外尔半金属是一种新型的拓扑材料,可以看作粒子物理中标准模型的外尔费米子在凝聚态物理中的实现。外尔半金属的概念最早由南京大学的万贤纲教授及国外合作者于2011年提出,其发表在PRB的文章单篇引用已接近二千篇,掀起了国际上研究外尔半金属的热潮。外尔半金属具有极高的载流子迁移率和不同寻常的电子输运性质,在 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15光诱导超薄FeS纳米片半导体—金属相变实现高效电催化析氢
获取清洁的氢能替代传统化石燃料是解决能源危机、环境污染等世界性难题的有效途径。因此,如何通过催化剂设计高效地获取氢能一直是当代科研工作者的工作重心和研究热点。研究表明良好的电催化剂需具备以下特点:(1)价格低廉,不包含贵金属元素(如Pt);(2)更多的活性位点,扩大催化剂体表比;(3)更高的催化活性 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15