拓?fù)浣^緣體在表面或邊界處的電子態(tài)可以形成無能量耗散的導(dǎo)電通道，在低功耗電子器件領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。在二維拓?fù)浣^緣體中，其受保護(hù)的拓?fù)溥吘墤B(tài)將在邊界處形成一維的自旋極化電子通道，從而實(shí)現(xiàn)量子自旋霍爾效應(yīng)。

理論研究表明，具有蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的薄膜是二維拓?fù)浣^緣體的重要平臺，也是實(shí)現(xiàn)量子自旋霍爾效應(yīng)的理想材料。該體系獨(dú)特的晶格結(jié)構(gòu)使其在布里淵區(qū)的K點(diǎn)處產(chǎn)生狄拉克錐型能帶結(jié)構(gòu)，如石墨烯。由于碳元素的自旋軌道耦合強(qiáng)度低，石墨烯難以在狄拉克點(diǎn)處打開能隙，從而實(shí)現(xiàn)量子自旋霍爾效應(yīng)。相比之下，碲元素因強(qiáng)自旋軌道耦合作用，可在狄拉克點(diǎn)打開足夠大的能隙并產(chǎn)生邊緣態(tài)，成為實(shí)現(xiàn)室溫量子自旋霍爾效應(yīng)的理想材料。然而，碲元素復(fù)雜的化合價態(tài)使得由碲元素構(gòu)成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)生長難度較大，而未被報道。

近期，中國科學(xué)院上海高等研究院、上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所及上?？萍即髮W(xué)的科研人員，通過分子束外延法在1T-NiTe₂薄膜上合成了高質(zhì)量的蜂窩狀碲烯，并通過掃描隧道顯微鏡和低能電子衍射揭示了其蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)。

該團(tuán)隊(duì)利用基于上海光源原位電子結(jié)構(gòu)綜合研究平臺的高精度微聚焦角分辨光電子能譜線站，直接觀測到碲烯中拓?fù)淠芟?。進(jìn)一步，該團(tuán)隊(duì)通過掃描隧道譜學(xué)技術(shù)結(jié)合能帶計算，在碲烯邊界處觀察到拓?fù)溥吔鐟B(tài)。

該研究合成了蜂窩狀碲烯薄膜，為實(shí)現(xiàn)量子自旋霍爾效應(yīng)提供了全新的材料平臺，并為未來低功耗、無能量損耗的電子器件研發(fā)工作奠定了基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果以Realization of Honeycomb Tellurene with Topological Edge States為題，發(fā)表在《納米快報》（Nano Letters）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等的支持。

論文鏈接

碲烯的結(jié)構(gòu)表征