永利发现原子级薄铁电体的新特性

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博士生布兰登·j·米勒(Brandon J.
Miller)和物理学副教授萨尔瓦多·巴拉扎-洛佩斯(Salvador
Barraza-Lopez)重新创建了图中实验观察到的SnTe单层,以验证驻波的产生。这些结果在很多方面都很重要,首先在二维材料中证明了铁电性与谷自由度之间的一种新耦合,这样铁电性就可以用来控制可用谷的数量。(基于谷自由度的电子器件,如基于这些铁电畴的存储器件,已经被其他科学家提出,但这里观察到的谷与铁电行为的耦合是全新的)。

铁电单分子层上驻波的演示:单分子层的实验图像,箭头表示本征偶极矩的方向,垂直深色特征是域墙。驻波的实验和理论验证。表示与观测到驻波有关的各区域动量失配图。图片:University
of Arkansas

参考期刊《物理评论快报》

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根据量子力学定律,电子表现为粒子或波。与水库的墙壁类似,“静电势墙”可以用来将电子限制在所需的空间区域,物理学家称之为“量子畜栏”。限制电子使物理学家可以和它们一起工作,就像“盒子里的粒子”在本科水平的量子力学中练习一样。但是含有电子的材料所产生的对称性也可以用来限制它们,而不需要使用大的势垒。事实上,在原子厚度的所谓“量子材料”中,电子动量可以变得非常特殊。

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永利,DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.206402

以至于如果产生小电流,电子就拥有非常精确的动量。电子对动量的几种选择是如此的具体,以至于它们甚至被命名为“谷”。铁电性是内在电偶极矩产生的,在原子厚度较薄的材料中加入铁电,由于形成这种材料的原子对称性降低,谷的数量就会减少:在这里研究的材料中(SnTe这种铁电会使最近的原子水平位移,从而使可用谷的数量减少到只有两个。在与中国和德国实验小组合作进行的理论工作中:

此外,对畴壁间距的了解,以及在给定偏压下显示建设性干扰的亮点的数量,使推断这些铁电体的电子结构成为可能,使实验技术首次对预测的电子结构进行已知的确认。二维准粒子驻波是由相干量子态的干涉产生,通常是由边缘散射、原子台阶或引起较大势垒的原子引起。驻波接近价带最大值,受新发现的铁电单分子层电中性畴壁的限制,如空间分辨扫描隧穿光谱所示,这些结果显示了极化调谐电子学在二维铁电体中的应用潜力。

博科园|研究/来自:阿肯色大学

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