北理工團(tuán)隊(duì)在二維平帶研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2024-03-14 供稿：物理學(xué)院 攝影：物理學(xué)院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數(shù)：
近期，北京理工大學(xué)物理學(xué)院姚裕貴教授團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)結(jié)合高通量第一性原理計(jì)算和二維平帶評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的雙層篩選框架,，用以過(guò)濾和判定高質(zhì)量的范德華平帶材料,。相關(guān)研究成果以“Cataloging High-Quality Two-Dimensional Van der Waals Materials with Flat Bands”為題發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《Advanced Functional Materials》上。
固體材料中的新奇物性很大程度上與其電子能帶結(jié)構(gòu)密切相關(guān),。例如,，在諸多能帶色散關(guān)系中，無(wú)色散平帶因其自身呈現(xiàn)出超高態(tài)密度以及完全猝滅電子動(dòng)能等特點(diǎn),，導(dǎo)致出現(xiàn)多種強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理新效應(yīng),，包括分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)、非常規(guī)超導(dǎo)和關(guān)聯(lián)絕緣態(tài)等,，引起凝聚態(tài)物理學(xué)和材料科學(xué)的極大關(guān)注,。相比于三維材料或當(dāng)前研究較為廣泛的多層轉(zhuǎn)角平帶體系，范德華平帶體系具有更低的維度和更多的可調(diào)性,，提供了更清晰的晶格模型,，這使得二維范德華材料成為探索平帶物理及其潛在應(yīng)用的理想平臺(tái)。然而,，在平帶物理領(lǐng)域研究中,，仍然缺乏一種簡(jiǎn)單高效的方法來(lái)尋找具有平帶特征的范德華材料。
圖1 篩選二維范德華平帶材料的流程圖,。該篩選流程可以識(shí)別平帶的特征,，并通過(guò)“初級(jí)靶向”和“二級(jí)篩選”兩層篩選框架來(lái)構(gòu)建高質(zhì)量平帶材料目錄。
姚裕貴教授團(tuán)隊(duì)率先提出了一種雙層框架來(lái)篩選和判定高質(zhì)量的平帶范德華材料,。圖1展示了篩選二維范德華平帶材料的流程圖,，旨在識(shí)別具有合成潛力和易于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的平帶材料。通過(guò)采用拓?fù)淇s放方法,，團(tuán)隊(duì)從包含187093種無(wú)機(jī)晶體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)中,，初步獲得了861種潛在的單層材料。為了高效精準(zhǔn)地篩選平帶目標(biāo)，姚等人提出了一種簡(jiǎn)單,、通用的規(guī)則，即二維平帶評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),，用于有效識(shí)別各種候選平帶材料,，并為二維平帶高品質(zhì)篩選提供指導(dǎo)。通過(guò)獨(dú)特的二維平帶評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),，團(tuán)隊(duì)成功診斷出了229種平帶候選材料,，并進(jìn)一步判定了74種具有靠近費(fèi)米能級(jí)平帶的材料。這項(xiàng)工作提供了一份詳盡的,、在費(fèi)米能級(jí)附近具有平帶特征的高質(zhì)量范德華材料目錄,，為進(jìn)一步探索這類(lèi)特殊材料的新奇物性提供豐富的材料平臺(tái)。
該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委,、科技部,、北京理工大學(xué)青年教師學(xué)術(shù)啟動(dòng)計(jì)劃等單位的支持。北京理工大學(xué)物理學(xué)院博士生段璟奕,、馬大帥博士（2021屆博士畢業(yè)生,，現(xiàn)供職于重慶大學(xué)）為該工作的共同第一作者，張閏午副教授,、姚裕貴教授為共同通訊作者,。另外，北京理工大學(xué)余智明教授,、蔣偉教授,、張澤英副教授（2019屆博士畢業(yè)生，現(xiàn)供職于北京化工大學(xué)）,、博士生崔朝喜也對(duì)此工作做出了貢獻(xiàn),。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊Advanced Functional Materials (IF: 19.0)：Jingyi Duan,? Da-Shuai Ma,? Run-Wu Zhang*, Wei Jiang, Zeying Zhang, Chaoxi Cui, Zhi-Ming Yu, and Yugui Yao*; “Cataloging High-Quality Two-Dimensional van der Waals Materials with Flat Bands”, Advanced Functional Materials, 2313067 (2024). (?為共同一作；*為共同通訊作者,。)
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202313067
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