東京大學一個研究小組及合作者發現的半金屬鉍晶體是一個拓撲材料

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東京大學的一個研究小組及其合作者發現的半金屬鉍晶體是一個拓撲材料， 通過結合技術直接觀察材料的電子態（光電子能譜）利用電子波干涉的小組開發了一種新的方法。 澄清鉍的特性將加速下一代資訊技術的應用發展。

用光電子能譜法觀察鉍膜中的電子波干涉圖

原子薄鉍薄膜的電子結構的光電子能譜觀察到了能量和波數的關係（反電子波的波長）。 黑標顯示光電子強度。 直接觀察到電子干涉圖案與膜厚度的系統變化。

鉍是半金屬的一員， 物質具有相似的性質， 金屬和非金屬的， 有幾個有趣的特性， 如含有幾乎無品質的狄拉克電子。 此外， 鉍也吸引了研究人員作為設計一組新的物質稱為拓撲材料的中心元素的關注。 固體中的電子錶現為具有特定波長和能量的電子波，

能量與波長（帶結構）之間的關係決定了材料的性質。 在拓撲材料， 拓撲結構的拓撲結構相對于普通材料反轉。 其結果是， 它們表現出新穎的特性， 如僅在表面上進行電， 這有很大的潛力， 在未來的資訊技術中的應用。 雖然拓撲材料一般可以通過映射的電子結構（能帶結構）和光電子能譜測量的限制， 阻礙了鉍的複雜的電子結構的精確測定， 導致持久的爭論本身是一個拓撲材料鉍。

在固體物理研究所副教授Iwao Matsuda東京大學的研究小組， 在日本禦茶水女子大學和廣島大學的群體， 和清華大學和國家同步輻射研究中心在臺灣， 加工後的晶體的鉍， 通常一個三維實體， 為原子薄的二維膜， 然後進行光電子能譜， 系統地控制膜的厚度為克服這一限制問題、解決議鉍的拓撲性質。

在一個原子的薄膜， 可以直接觀察干涉模式約束電子波。 鑒於光電子能譜測量材料的三維特性有一個嚴重的限制， 二維特性可以被確定具有高得多的解析度。 此外， 研究組針對二維干涉圖還包含原始的三維屬性資訊， 並成功地通過以下隨薄膜厚度的干涉系統的變化測定鉍三維電子結構。

“雖然鉍的拓撲結構一直是一個具有挑戰性的問題， 我們的新方法使用電子干涉竟然是出奇的有效， 我們終於發現， 鉍本身是一個拓撲材料， ”Matsuda說。 他繼續說：“首先， 我要注意的是， 這項工作是通過我們學生的勤奮工作來完成的。 我們的方法可以應用到廣泛的材料。 最近的研究提出了大量的各種有趣的功能，

其中有許多複雜的電子結構類似鉍和需要高解析度測量的拓撲結構材料。 在我們的研究中開發的方法將作為未來材料科學研究的最精確的探針之一。

來源 | 信譽邦

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