中國科大在鉍超薄膜表面能谷和自旋電子態(tài)研究中取得進展

　　近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授王兵研究組在鉍（Bi）超薄膜表面能谷和自旋電子態(tài)研究中取得新進展，研究成果于3月11日發(fā)表在Nature Communications上，研究小組的博士生杜宏健和副教授孫霞為論文共同第一作者。

　　具有蜂巢狀六方晶格的二維材料，在動量空間中其導(dǎo)帶和價帶邊附近的能帶通常存在簡并的極值，即能谷態(tài)（valleys）。Bi(111)表面結(jié)構(gòu)是類蜂巢狀六方晶格，因而其表面電子態(tài)具有渦旋狀自旋態(tài)的多能谷的能帶結(jié)構(gòu)。該研究團隊利用低溫(4.2K)強磁場(11T)掃描隧道顯微鏡（STM），獲得不同磁場下Bi(111)超薄薄膜表面的朗道量子化微分電導(dǎo)譜，并利用類比于傳統(tǒng)磁振蕩實驗的分析方法，精確地測量了量子化朗道能級，辨析出源于表面電子型和空穴型能谷電子態(tài)。同時，還觀察到對應(yīng)于能帶結(jié)構(gòu)中一組具有很大g因子（~33）的范霍夫奇點表面態(tài)由于在強磁場中出現(xiàn)分裂，從而可以獲得自旋極化的能谷電子態(tài)。該項工作表明，Bi(111)超薄膜的這些性質(zhì)使其有可能應(yīng)用于構(gòu)造自旋和能谷電子學(xué)器件。

　　該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院、科技部和教育部的資助。