北理工團隊在二維平帶研究領域取得重要進展
發(fā)布日期：2024-03-14 供稿：物理學院 攝影：物理學院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數(shù)：
近期,，北京理工大學物理學院姚裕貴教授團隊提出了一個結(jié)合高通量第一性原理計算和二維平帶評判標準的雙層篩選框架,，用以過濾和判定高質(zhì)量的范德華平帶材料。相關研究成果以“Cataloging High-Quality Two-Dimensional Van der Waals Materials with Flat Bands”為題發(fā)表在國際頂級期刊《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,。例如，在諸多能帶色散關系中,，無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能等特點,，導致出現(xiàn)多種強關聯(lián)物理新效應，包括分數(shù)量子霍爾效應,、非常規(guī)超導和關聯(lián)絕緣態(tài)等,，引起凝聚態(tài)物理學和材料科學的極大關注。相比于三維材料或當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用的理想平臺。然而,，在平帶物理領域研究中,，仍然缺乏一種簡單高效的方法來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,。該篩選流程可以識別平帶的特征,，并通過“初級靶向”和“二級篩選”兩層篩選框架來構(gòu)建高質(zhì)量平帶材料目錄。
姚裕貴教授團隊率先提出了一種雙層框架來篩選和判定高質(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,，旨在識別具有合成潛力和易于實驗驗證的平帶材料。通過采用拓撲縮放方法,，團隊從包含187093種無機晶體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫中，初步獲得了861種潛在的單層材料,。為了高效精準地篩選平帶目標,，姚等人提出了一種簡單、通用的規(guī)則,，即二維平帶評分標準,，用于有效識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,。通過獨特的二維平帶評分標準,，團隊成功診斷出了229種平帶候選材料，并進一步判定了74種具有靠近費米能級平帶的材料,。這項工作提供了一份詳盡的,、在費米能級附近具有平帶特征的高質(zhì)量范德華材料目錄，為進一步探索這類特殊材料的新奇物性提供豐富的材料平臺,。
該工作得到國家自然科學基金委,、科技部、北京理工大學青年教師學術啟動計劃等單位的支持,。北京理工大學物理學院博士生段璟奕,、馬大帥博士（2021屆博士畢業(yè)生，現(xiàn)供職于重慶大學）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）,、博士生崔朝喜也對此工作做出了貢獻。相關結(jié)果發(fā)表于國際頂級期刊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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