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首次發(fā)現(xiàn)！南開團隊探出“新材料之王”石墨烯的新邊界
來源：南開大學(xué) 2023-08-17
導(dǎo)讀：近日，南開大學(xué)陳志剛教授、許京軍教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組，在光子石墨烯中的研究又取得了重要進展：他們發(fā)現(xiàn)了石墨烯中從未見過的新型邊界——枝椏型（twig）邊界，并首次在光子晶格平臺成功觀測到了這種全新的邊界態(tài)以及由拓撲平帶導(dǎo)致的緊湊邊界態(tài)，揭示該邊界態(tài)的拓撲保護性以及與眾所周知的石墨烯其他三種邊界的互補性。
這一研究加深了人們對石墨烯邊界態(tài)和拓撲物理學(xué)的認識，為拓撲結(jié)構(gòu)在納米電子器件和光信息傳輸?shù)阮I(lǐng)域的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。介紹該成果的論文“Photonic realization of a generic type of graphene edge states exhibiting topological flat band”在線發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。石墨烯作為一種由單層碳原子構(gòu)成的二維材料，憑借其卓越的電子性質(zhì)引起了廣泛關(guān)注?？茖W(xué)家一直在積極研究石墨烯的邊界態(tài)，這些邊界態(tài)展現(xiàn)了獨特的能帶結(jié)構(gòu)、拓撲性質(zhì)和導(dǎo)電性能，為開發(fā)新型電子學(xué)器件和應(yīng)用提供了潛在的可能性。此外，石墨烯邊界態(tài)的研究也有望推動納米電子學(xué)、能源以及量子信息等領(lǐng)域的進一步發(fā)展。在過去的研究中，科學(xué)家們已經(jīng)對石墨烯的三種常見邊界類型進行了深入探索，包括鋸齒（zigzag）型、胡須（bearded）型和扶手椅（armchair）型邊界。圖：具有四種不同邊界類型的三維波導(dǎo)陣列和二維光子石墨烯晶格示意圖在本工作中，研究人員提出了一種全新的邊界類型，稱之為“枝椏”型邊界。枝椏型邊界與其他三種邊界組成了石墨烯結(jié)構(gòu)中的四種基本邊界類型。其獨特的拓撲平帶結(jié)構(gòu)能夠支持緊湊拓撲邊界態(tài)。這種類似于孤子的緊湊邊界態(tài)，既具有平帶特征又具有拓撲特征，可以在沒有任何缺陷或非線性的情況下實現(xiàn)光束的局域魯棒傳輸。為了克服真實材料的限制，研究人員利用激光直寫技術(shù)制備的光子石墨烯晶格為平臺，在實驗上觀測到了這種邊界模式以及緊湊拓撲邊界態(tài)。該工作加深了人們對石墨烯邊界態(tài)的理解，為谷霍爾效應(yīng)、能量局域、拓撲半金屬、高階拓撲絕緣體等領(lǐng)域相關(guān)研究提供了新的思路。本工作南開大學(xué)為第一完成單位，南開大學(xué)博士后夏士齊和博士生梁永勝為共同第一作者。南開大學(xué)陳志剛教授、宋道紅教授為共同通訊作者。合作者還包括唐莉勤副教授。此項工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、中國博士后科學(xué)基金會等項目資助。
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